Кредит: НАСА
Ученые из Кембриджского университета и NTU Singapore обнаружили, что при медленном столкновении тектонических плит внутрь Земли затягивается больше углерода, чем считалось ранее.
Они обнаружили, что углерод, втянутый внутрь Земли в зонах субдукции, где тектонические плиты сталкиваются и погружаются в недра Земли, имеет тенденцию оставаться запертым на глубине, а не всплывать на поверхность в виде вулканических выбросов.
«В настоящее время мы относительно хорошо понимаем поверхностные резервуары углерода и потоки между ними, но гораздо меньше знаем о внутренних хранилищах углерода Земли, которые циркулируют углерод в течение миллионов лет». —Стефан Фарсанг
Их выводы, опубликованные в Природа связи, предполагают, что только около трети углерода, рециркулируемого под вулканическими цепями, возвращается на поверхность посредством рециклинга, в отличие от предыдущих теорий, согласно которым то, что идет вниз, в основном возвращается обратно.
Одно из решений по борьбе с изменением климата - найти способы уменьшить количество CO.2 в атмосфере Земли. Изучая, как углерод ведет себя в глубинах Земли, где находится большая часть углерода нашей планеты, ученые могут лучше понять весь жизненный цикл углерода на Земле и то, как он течет между атмосферой, океанами и жизнью на поверхности.
Наиболее изученные части углеродного цикла находятся на поверхности Земли или вблизи нее, но глубокие запасы углерода играют ключевую роль в поддержании пригодности для жизни на нашей планете за счет регулирования содержания CO в атмосфере.2 уровни. «В настоящее время мы относительно хорошо понимаем поверхностные резервуары углерода и потоки между ними, но гораздо меньше знаем о внутренних запасах углерода Земли, которые производят цикл углерода в течение миллионов лет», - сказал ведущий автор Стефан Фарсанг, проводивший исследование в то время аспирант Кембриджского отделения наук о Земле.
Есть несколько способов выброса углерода обратно в атмосферу (в виде CO2), но есть только один путь, по которому он может вернуться внутрь Земли: через субдукцию плит. Здесь поверхностный углерод, например, в форме ракушек и микроорганизмов, которые заблокировали атмосферный CO2 в их оболочки, направляется внутрь Земли. Ученые думали, что большая часть этого углерода затем вернулась в атмосферу в виде CO.2 через выбросы вулканов. Но новое исследование показывает, что химические реакции, происходящие в породах, поглощенных зонами субдукции, улавливают углерод и отправляют его глубже в недра Земли, останавливая его возвращение на поверхность.
Команда провела серию экспериментов в Европейском центре синхротронного излучения. «ESRF располагает ведущими в мире объектами и опытом, который нам нужен для получения наших результатов», - сказал соавтор Саймон Редферн, декан Научного колледжа NTU Singapore. , «Установка может измерять очень низкие концентрации этих металлов в интересующих нас условиях высокого давления и температуры». Чтобы воспроизвести высокие давления и температуры зон субдукции, они использовали нагретую «алмазную наковальню», в которой экстремальные давления достигаются путем прижатия двух крошечных алмазных наковальней к образцу.
Работа поддерживает растущие доказательства того, что карбонатные породы, которые имеют тот же химический состав, что и мел, становятся менее богатыми кальцием и более богатыми магнием, когда проникают глубже в мантию. Это химическое преобразование делает карбонат менее растворимым, то есть он не попадает в жидкости, питающие вулканы. Вместо этого большая часть карбоната погружается глубже в мантию, где в конечном итоге может стать алмазом.
«В этой области еще предстоит провести много исследований», - сказал Фарсанг. «В будущем мы стремимся уточнить наши оценки, изучая растворимость карбонатов в более широком диапазоне температур, давлений и в нескольких составах флюидов».
Полученные данные также важны для понимания роли образования карбонатов в нашей климатической системе в целом. «Наши результаты показывают, что эти минералы очень стабильны и, безусловно, могут задерживать CO.2 из атмосферы в твердые минеральные формы, которые могут привести к отрицательным выбросам », - сказал Редферн. Команда изучает возможность использования аналогичных методов для улавливания углерода, который перемещает атмосферный CO.2 в хранилище в скалах и океанах.
«Эти результаты также помогут нам лучше понять способы удержания углерода в твердой Земле, вне атмосферы. Если мы сможем ускорить этот процесс быстрее, чем природа справится с этим, это может оказаться одним из путей решения климатического кризиса », - сказал Редферн.
Источник: «Глубокий углеродный цикл, ограниченный растворимостью карбонатов» Стефан Фарсанг, Марион Лувель, Чаошуай Чжао, Мохамед Мезуар, Анжелика Д. Роза, Ремо Н. Видмер, Сяолей Фэн, Джин Лю и Саймон А.Т. Редферн, 14 июля 2021 г., Природа связи.
DOI: 10.1038/s41467-021-24533-7
