Feuriger Fluss in Kamtschatka, Russland.
Ausgedehnte Vulkanketten waren sowohl für die Emission als auch für die anschließende Entfernung von atmosphärischem Kohlendioxid (CO2) verantwortlich, wodurch die Temperaturen an der Erdoberfläche stabilisiert wurden.
Ein internationales Forschungsteam untersuchte die kombinierten Auswirkungen von Prozessen in Erde, Ozeanen und Atmosphäre in den letzten 400 Millionen Jahren. Ihre Ergebnisse werden in der Zeitschrift veröffentlicht Nature Geoscience.
Zu den Forschern gehörten Wissenschaftler der University of Leeds, der University of Southampton, der University of Sydney, Australische Nationale Universität (ANU) und der Universität Ottawa.
Co-Autor Dr. Andrew Merdith von der Leeds School of Earth and Environment sagte: „Die Arbeit unterstreicht die Bedeutung der Konnektivität und Abhängigkeit zwischen verschiedenen Erdsystemen, die jeweils auf unterschiedlichen Maßstäben in Zeit und Raum auftreten.
„Leider ist die Konnektivität und Reaktion zwischen den verschiedenen Systemen nicht unbedingt augenblicklich, und die Auswirkungen können ihre Prozesse um Millionen von Jahren verzögern.“
Kontinentale Vulkanbögen wie dieser in Kamtschatka, Russland, werden schnell verwittert und treiben die CO2-Entfernung aus der Atmosphäre im Laufe der geologischen Zeit voran. Bildnachweis: Tom Gernon, University of Southampton
Einschließen von CO2
Der natürliche Abbau und die Auflösung von Gesteinen auf der Erdoberfläche wird als chemische Verwitterung bezeichnet.
Der Prozess ist von entscheidender Bedeutung, da die Verwitterungsprodukte – Elemente wie Kalzium und Magnesium – über Flüsse in die Ozeane gespült werden, wo sie Mineralien bilden, die CO2 einschließen.
Dieser Rückkopplungsmechanismus reguliert den CO2-Gehalt der Atmosphäre und damit das globale Klima über die geologische Zeit.
Hauptautor des Berichts ist Dr. Tom Gernon, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der University of Southampton und Fellow des Turing Institute.
Er sagte: „Insofern dient die Verwitterung der Erdoberfläche als geologisches Thermostat.
"Aber die zugrunde liegenden Kontrollen haben sich aufgrund der Komplexität des Erdsystems als schwierig zu bestimmen erwiesen."
„Das Verständnis des relativen Einflusses bestimmter Prozesse innerhalb der Reaktion des Erdsystems war daher ein unlösbares Problem.“
Um die Komplexität zu entwirren, konstruierte das Team ein neuartiges „Erdnetzwerk“, das maschinelle Lernalgorithmen und hochmoderne plattentektonische Rekonstruktionen umfasst.
Dies ermöglichte es ihnen, die vorherrschenden Wechselwirkungen innerhalb des Erdsystems zu identifizieren und wie sie sich im Laufe der Zeit entwickelt haben.
Das Team fand heraus, dass kontinentale Vulkanbögen der wichtigste Faktor für die Intensität der Verwitterung in den letzten 400 Millionen Jahren waren.
Vulkanketten
Heute umfassen Kontinentalbögen Vulkanketten, beispielsweise in den Anden in Südamerika und den Kaskaden in den USA.
Diese Vulkane gehören zu den höchsten und am schnellsten erodierenden Merkmalen der Erde.
Da die vulkanischen Gesteine fragmentiert und chemisch reaktiv sind, werden sie schnell verwittert und in die Ozeane gespült.
Dr. Merdith von Leeds fügte hinzu: „Die plattentektonischen Rekonstruktionen, die die Position und Bewegung der tektonischen Platten der Erde im Laufe der Zeit beschreiben, lieferten eine Grundlage, auf der unsere Analyse nicht nur durchgeführt werden konnte, sondern auch Sinn machte.
„Das liegt daran, dass wir eine Reihe tektonischer Parameter extrahieren und annähern können, wie etwa die vulkanische Entgasung entlang von Bögen sowie die Speicherung von Kohlenstoff in Ozeanen durch die Veränderung neuer ozeanischer Kruste an mittelozeanischen Rücken.“
Martin Palmer, Professor für Geochemie an der University of Southampton und Mitautor der Studie, sagte: „Es ist ein Balanceakt. Einerseits pumpten diese Vulkane große Mengen CO2 aus, die den atmosphärischen CO2-Gehalt erhöhten.
„Andererseits haben dieselben Vulkane dazu beigetragen, diesen Kohlenstoff durch schnelle Verwitterungsreaktionen zu entfernen.“
Die Studie wirft Zweifel an einem seit langem bestehenden Konzept auf, dass die Klimastabilität der Erde über mehrere zehn bis hundert Millionen Jahre ein Gleichgewicht zwischen der Verwitterung des Meeresbodens und dem kontinentalen Inneren widerspiegelt.
Geologisches Tauziehen
Hauptautor Dr. Gernon fügte hinzu: „Die Vorstellung eines solchen geologischen Tauziehens zwischen den Landmassen und dem Meeresboden als dominanter Faktor für die Verwitterung der Erdoberfläche wird durch die Daten nicht gestützt.
„Die Ergebnisse bedeuten leider nicht, dass uns die Natur vor dem Klimawandel rettet.
„Heute sind die CO2-Werte in der Atmosphäre höher als je zuvor in den letzten drei Millionen Jahren, und die vom Menschen verursachten Emissionen sind etwa 150-mal höher als die vulkanischen CO2-Emissionen.
„Die kontinentalen Bögen, die den Planeten in der tiefen Vergangenheit scheinbar gerettet haben, sind einfach nicht in dem Ausmaß vorhanden, das erforderlich ist, um den heutigen CO2-Emissionen entgegenzuwirken.“
Dennoch liefern die Ergebnisse des Teams kritische Einsichten darüber, wie die Gesellschaft mit der aktuellen Klimakrise umgehen könnte.
Künstlich verstärkte Gesteinsverwitterung – bei der Gesteine pulverisiert und über das Land verteilt werden, um die chemischen Reaktionsraten zu beschleunigen – könnte eine Schlüsselrolle bei der sicheren Entfernung von CO2 aus der Atmosphäre spielen.
Die Ergebnisse des Teams legen nahe, dass solche Systeme optimal eingesetzt werden können, indem kalkalkalische vulkanische Materialien (solche, die Kalzium, Kalium und Natrium enthalten) verwendet werden, wie sie in kontinentalen Bogenumgebungen vorkommen.
Dr. Gernon fügte hinzu: „Dies ist keineswegs eine Allheilmittellösung für die Klimakrise – wir müssen dringend die CO2-Emissionen im Einklang mit den IPCC-Minderungspfaden reduzieren, Punkt.
„Unsere Bewertung von Verwitterungsrückkopplungen über lange Zeiträume kann bei der Entwicklung und Bewertung groß angelegter verbesserter Verwitterungsschemata helfen, was nur einer der Schritte ist, die erforderlich sind, um dem globalen Klimawandel entgegenzuwirken.“
Weitere Informationen zu dieser Forschung finden Sie unter Vulkane wirken als Sicherheitsventil für das langfristige Klima der Erde – Stabilisierung der Oberflächentemperaturen.
Referenz: „Globale chemische Verwitterung, dominiert von kontinentalen Bögen seit dem mittleren Paläozoikum“ von Thomas M. Gernon, Thea K. Hincks, Andrew S. Merdith, Eelco J. Rohling, Martin R. Palmer, Gavin L. Foster, Clément P. Bataille und R. Dietmar Müller, 23. August 2021, Naturgeowissenschaften.
DOI: 10.1038/s41561-021-00806-0
