Огненная река на Камчатке, Россия.
Обширные цепочки вулканов несут ответственность как за выброс, так и за удаление углекислого газа из атмосферы (CO2), стабилизируя температуру на поверхности Земли.
Международная группа исследователей изучила совокупное влияние процессов на Земле, океанах и атмосфере за последние 400 миллионов лет. Их выводы опубликованы в журнале. Nature Geoscience.
В число исследователей вошли ученые из Университета Лидса, Университета Саутгемптона, Университета Сиднея, Австралийский национальный университет (ANU) и Оттавский университет.
Соавтор доктор Эндрю Мердит из Школы Земли и окружающей среды Лидса сказал: «В работе недооценивается важность связи и зависимости между различными системами Земли, каждая из которых происходит в разных масштабах во времени и пространстве.
«К сожалению, связь и отклик между различными системами не обязательно мгновенны, и эффекты могут отставать от их процессов на миллионы лет».
Континентальные вулканические дуги, подобные этой на Камчатке, Россия, быстро выветриваются, что приводит к удалению CO2 из атмосферы в течение геологического времени. Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.
Блокировка CO2
Естественное разложение и растворение горных пород на поверхности Земли называется химическим выветриванием.
Этот процесс чрезвычайно важен, потому что продукты выветривания - такие элементы, как кальций и магний - смываются реками в океаны, где они образуют минералы, удерживающие CO2.
Этот механизм обратной связи регулирует уровни CO2 в атмосфере и, в свою очередь, глобальный климат в течение геологического времени.
Ведущим автором отчета является доктор Том Гернон, доцент кафедры наук о Земле Саутгемптонского университета и научный сотрудник Института Тьюринга.
Он сказал: «В этом отношении выветривание земной поверхности служит геологическим термостатом.
«Но оказалось, что основные элементы управления трудно определить из-за сложности системы Земли».
«Таким образом, понимание относительного влияния конкретных процессов в реакции системы Земля было неразрешимой проблемой».
Чтобы разгадать сложность, команда построила новую «Земную сеть», включив в нее алгоритмы машинного обучения и современные реконструкции тектонических плит.
Это позволило им определить доминирующие взаимодействия в системе Земля и то, как они развивались с течением времени.
Команда обнаружила, что континентальные вулканические дуги были самым важным фактором интенсивности выветривания за последние 400 миллионов лет.
Цепи вулканов
Сегодня континентальные дуги включают цепи вулканов, например, в Андах в Южной Америке и Каскады в США.
Эти вулканы являются одними из самых высоких и быстро разрушающихся объектов на Земле.
Поскольку вулканические породы фрагментированы и химически активны, они быстро выветриваются и смываются в океаны.
Доктор Мердит из Лидса добавил: «Тектонические реконструкции плит, которые описывают положение и движение тектонических плит Земли во времени, обеспечили основу, в рамках которой наш анализ мог не только выполняться, но и иметь смысл.
«Это потому, что мы можем извлечь и аппроксимировать ряд тектонических параметров, таких как вулканическая дегазация вдоль дуг, а также накопление углерода в океанах через изменение новой океанической коры на срединно-океанических хребтах».
Мартин Палмер, профессор геохимии Саутгемптонского университета и соавтор исследования, сказал: «Это баланс. С одной стороны, эти вулканы выбрасывали большое количество СО2, что увеличивало уровень СО2 в атмосфере.
«С другой стороны, те же самые вулканы помогли удалить этот углерод за счет быстрой реакции выветривания».
Исследование ставит под сомнение давнюю концепцию, согласно которой стабильность климата Земли на протяжении десятков и сотен миллионов лет отражает баланс между выветриванием морского дна и континентальных недр.
Геологический перетягивание каната
Ведущий автор доктор Гернон добавил: «Идея такого геологического перетягивания каната между сушей и морским дном как доминирующего фактора выветривания земной поверхности не подтверждается данными.
«К сожалению, результаты не означают, что природа спасет нас от изменения климата.
«Сегодня уровни CO2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние три миллиона лет, а выбросы антропогенного происхождения примерно в 150 раз больше, чем выбросы CO2 вулкана.
«Континентальные дуги, которые, кажется, спасли планету в глубоком прошлом, просто не имеют такого масштаба, который необходим для противодействия сегодняшним выбросам CO2».
Но выводы команды по-прежнему дают критическое представление о том, как общество может справиться с текущим климатическим кризисом.
Искусственно усиленное выветривание горных пород - когда породы измельчаются и рассыпаются по суше для увеличения скорости химической реакции - может сыграть ключевую роль в безопасном удалении CO2 из атмосферы.
Выводы команды предполагают, что такие схемы могут быть оптимально развернуты с использованием известково-щелочных вулканических материалов (содержащих кальций, калий и натрий), подобных тем, которые встречаются в средах континентальной дуги.
Д-р Гернон добавил: «Это ни в коем случае не лучшее решение климатического кризиса - нам срочно необходимо сократить выбросы CO2 в соответствии с методами смягчения последствий МГЭИК, полная остановка.
«Наша оценка обратной связи по выветриванию в долгосрочной перспективе может помочь в разработке и оценке крупномасштабных усовершенствованных схем выветривания, что является лишь одним из шагов, необходимых для противодействия глобальному изменению климата».
Для получения дополнительной информации об этом исследовании см. Вулканы действуют как предохранительный клапан для долгосрочного климата Земли - стабилизация температуры поверхности.
Ссылка: «Глобальное химическое выветривание, в котором преобладали континентальные дуги с середины палеозоя», - Томас М. Гернон, Теа К. Хинкс, Эндрю С. Мердит, Элко Дж. Ролинг, Мартин Р. Палмер, Гэвин Л. Фостер, Клемент П. Батай и Р. Дитмар Мюллер, 23 августа 2021 г., Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-021-00806-0
