Ohnivá řeka na Kamčatce, Rusko.
Rozsáhlé řetězce sopek byly zodpovědné za vypouštění a následné odstraňování atmosférického oxidu uhličitého (CO2) a stabilizaci teplot na zemském povrchu.
Mezinárodní výzkumný tým zkoumal kombinovaný dopad procesů na Zemi, oceánech a atmosféře za posledních 400 milionů let. Jejich zjištění jsou publikována v časopise Příroda Geoscience.
Mezi výzkumníky byli vědci z University of Leeds, University of Southampton, University of Sydney, Australská národní univerzita (ANU) a University of Ottawa.
Spoluautor Dr. Andrew Merdith z Leeds' School of Earth and Environment řekl: „Práce podceňuje důležitost propojení a závislosti mezi různými systémy Země, z nichž každý se vyskytuje v různých měřítcích v čase a prostoru.
"Bohužel konektivita a odezva mezi různými systémy není nutně okamžitá a účinky mohou zpozdit jejich procesy o miliony let."
Kontinentální vulkanické oblouky, jako je tento na Kamčatce v Rusku, rychle zvětrávají, což vede k odstraňování CO2 z atmosféry v průběhu geologického času. Kredit: Tom Gernon, University of Southampton
Uzamykání CO2
Přirozený rozklad a rozpouštění hornin na zemském povrchu se nazývá chemické zvětrávání.
Tento proces je kriticky důležitý, protože produkty zvětrávání – prvky jako vápník a hořčík – jsou splachovány řekami do oceánů, kde tvoří minerály, které zadržují CO2.
Tento mechanismus zpětné vazby reguluje hladiny CO2 v atmosféře a následně globální klima v průběhu geologického času.
Vedoucím autorem zprávy je Dr. Tom Gernon, docent v oboru věd o Zemi na University of Southampton a člen Turingova institutu.
Řekl: „V tomto ohledu slouží zvětrávání zemského povrchu jako geologický termostat.
"Ukázalo se však, že je obtížné určit základní ovládací prvky kvůli složitosti systému Země."
"Pochopení relativního vlivu specifických procesů v reakci systému Země bylo proto neřešitelným problémem."
K odhalení složitosti tým zkonstruoval novou „síť Země“, která zahrnuje algoritmy strojového učení a nejmodernější deskové tektonické rekonstrukce.
To jim umožnilo identifikovat dominantní interakce v systému Země a jak se vyvíjely v průběhu času.
Tým zjistil, že kontinentální vulkanické oblouky byly nejdůležitějším faktorem intenzity zvětrávání za posledních 400 milionů let.
Řetězce sopek
Dnes kontinentální oblouky zahrnují řetězce sopek například v Andách v Jižní Americe a kaskádách v USA.
Tyto sopky jsou jedny z nejvyšších a nejrychleji erodujících útvarů na Zemi.
Protože jsou vulkanické horniny fragmentované a chemicky reaktivní, rychle zvětrávají a splachují se do oceánů.
Dr. Merdith z Leedsu dodal: „Deskové tektonické rekonstrukce, které popisují polohu a pohyb zemských tektonických desek v čase, poskytly základ, v rámci kterého mohla být naše analýza nejen provedena, ale také dávala smysl.
"Je to proto, že můžeme extrahovat a aproximovat řadu tektonických parametrů, jako je vulkanické odplyňování podél oblouků, stejně jako ukládání uhlíku v oceánech prostřednictvím změny nové oceánské kůry na středooceánských hřbetech."
Martin Palmer, profesor geochemie na univerzitě v Southamptonu a spoluautor studie, řekl: „Je to vyvážení. Na jedné straně tyto sopky odčerpávaly velké množství CO2, což zvýšilo hladinu CO2 v atmosféře.
"Na druhou stranu tytéž sopky pomohly odstranit tento uhlík prostřednictvím rychlých zvětrávacích reakcí."
Studie zpochybňuje zažitý koncept, že klimatická stabilita Země v průběhu desítek až stovek milionů let odráží rovnováhu mezi zvětráváním mořského dna a kontinentálních vnitrozemí.
Geologické přetahování lanem
Vedoucí autor Dr. Gernon dodal: „Myšlenka takového geologického přetahování lanem mezi pevninou a mořským dnem jako dominantní hnací síla zvětrávání zemského povrchu není podporována údaji.
„Bohužel výsledky neznamenají, že nás příroda zachrání před klimatickými změnami.
„Dnes jsou úrovně atmosférického CO2 vyšší než kdykoli během posledních tří milionů let a emise způsobené člověkem jsou asi 150krát vyšší než emise CO2 vulkanického původu.
"Kontinentální oblouky, které, jak se zdá, v hluboké minulosti zachránily planetu, prostě nejsou přítomny v rozsahu potřebném k vyrovnání současných emisí CO2."
Ale zjištění týmu stále poskytují kritický pohled na to, jak by společnost mohla zvládnout současnou klimatickou krizi.
Uměle vylepšené zvětrávání hornin – kdy jsou horniny rozmělněny a rozmístěny po zemi, aby se urychlila rychlost chemických reakcí – by mohlo hrát klíčovou roli při bezpečném odstraňování CO2 z atmosféry.
Zjištění týmu naznačují, že taková schémata lze optimálně nasadit pomocí vápenato-alkalických vulkanických materiálů (obsahujících vápník, draslík a sodík), jako jsou ty, které se nacházejí v prostředí kontinentálních oblouků.
Dr Gernon dodal: „Toto v žádném případě není nejlepší řešení klimatické krize – naléhavě potřebujeme snížit emise CO2 v souladu se zmírňovacími cestami IPCC, tečka.
"Naše hodnocení zpětné vazby zvětrávání v dlouhém časovém horizontu může pomoci při navrhování a hodnocení rozsáhlých schémat vylepšeného zvětrávání, což je jen jeden z kroků potřebných k boji proti globální změně klimatu."
Další informace o tomto výzkumu naleznete v článku Sopky fungují jako bezpečnostní ventil pro dlouhodobé klima Země – stabilizace povrchových teplot.
Odkaz: „Globální chemické zvětrávání ovládané kontinentálními oblouky od středního paleozoika“ od Thomas M. Gernon, Thea K. Hincks, Andrew S. Merdith, Eelco J. Rohling, Martin R. Palmer, Gavin L. Foster, Clément P. Bataille a R. Dietmar Müller, 23. srpna 2021, Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-021-00806-0
