Кредит: NASA
Вчені з Кембриджського університету та NTU Singapore виявили, що повільні зіткнення тектонічних плит затягують більше вуглецю в надра Землі, ніж вважалося раніше.
Вони виявили, що вуглець, що втягується в надра Землі в зонах субдукції — де тектонічні плити стикаються і занурюються в надра Землі — має тенденцію залишатися замкненим на глибині, а не знову спливати на поверхню у вигляді вулканічних викидів.
«Зараз ми маємо відносно добре розуміння поверхневих резервуарів вуглецю та потоків між ними, але знаємо набагато менше про внутрішні запаси вуглецю Землі, які обертають вуглець протягом мільйонів років». — Стефан Фарсанг
Їхні висновки опубліковані в Природа зв'язку, припускають, що лише близько третини вуглецю, переробленого під вулканічними ланцюгами, повертається на поверхню шляхом переробки, на відміну від попередніх теорій, згідно з якими те, що йде вниз, переважно повертається.
Одним із рішень боротьби зі зміною клімату є пошук способів зменшити кількість CO2 в атмосфері Землі. Вивчаючи, як вуглець поводиться в глибинах Землі, де міститься більшість вуглецю нашої планети, вчені можуть краще зрозуміти весь життєвий цикл вуглецю на Землі та те, як він перетікає між атмосферою, океанами та життям на поверхні.
Найкраще вивчені частини вуглецевого циклу знаходяться на поверхні Землі або поблизу неї, але глибокі запаси вуглецю відіграють ключову роль у підтримці придатності нашої планети для життя шляхом регулювання атмосферного CO2 рівнях. «Наразі ми маємо відносно добре розуміння поверхневих резервуарів вуглецю та потоків між ними, але знаємо набагато менше про внутрішні запаси вуглецю Землі, які обертають вуглець протягом мільйонів років», — сказав провідний автор Стефан Фарсанг, який проводив дослідження. докторант кафедри наук про Землю Кембриджа.
Існує кілька способів викиду вуглецю назад в атмосферу (у вигляді CO2), але є лише один шлях, яким він може повернутися в надра Землі: через субдукцію плити. Тут поверхневий вуглець, наприклад, у формі черепашок і мікроорганізмів, які блокують атмосферний CO2 в їхні оболонки, направляється в надра Землі. Вчені вважали, що велика частина цього вуглецю потім повертається в атмосферу у вигляді CO2 через викиди з вулканів. Але нове дослідження показує, що хімічні реакції, що відбуваються в породах, поглинених в зонах субдукції, захоплюють вуглець і відправляють його глибше в надра Землі, зупиняючи його повернення на поверхню Землі.
Команда провела серію експериментів на Європейському центрі синхротронного випромінювання. «ESRF має найкраще у світі обладнання та досвід, який нам потрібен для отримання результатів», — сказав співавтор Саймон Редферн, декан Наукового коледжу NTU Сінгапуру. , «Установка може вимірювати дуже низькі концентрації цих металів за умов високого тиску та температури, які нас цікавлять». Щоб відтворити високий тиск і температуру зон субдукції, вони використали нагріту «алмазну ковадло», в якій екстремальний тиск досягається шляхом притискання двох крихітних алмазних ковадла до зразка.
Робота підтверджує все більше доказів того, що карбонатні породи, які мають такий самий хімічний склад, як крейда, стають менш багатими кальцієм і більш багатими магнієм, коли направляються глибше в мантію. Це хімічне перетворення робить карбонат менш розчинним, тобто він не втягується в рідини, що живлять вулкани. Натомість більша частина карбонату занурюється глибше в мантію, де згодом може стати алмазом.
«Попереду ще багато досліджень у цій галузі», — сказав Фарсанг. «У майбутньому ми прагнемо уточнити наші оцінки, вивчаючи розчинність карбонатів у ширшому діапазоні температури, тиску та в кількох рідинних композиціях».
Отримані дані також важливі для розуміння ролі утворення карбонатів у нашій кліматичній системі в цілому. «Наші результати показують, що ці мінерали дуже стабільні і, безумовно, можуть блокувати CO2 з атмосфери в тверді мінеральні форми, які можуть призвести до негативних викидів», – сказав Редферн. Команда досліджувала використання подібних методів для уловлювання вуглецю, який переміщує атмосферний CO2 на зберігання в скелях і океанах.
«Ці результати також допоможуть нам краще зрозуміти способи блокування вуглецю в твердій частині Землі, поза атмосферою. Якщо ми зможемо пришвидшити цей процес швидше, ніж це вдається природі, це може виявитися шляхом вирішення кліматичної кризи», — сказав Редферн.
Довідка: Стефан Фарсанг, Маріон Лувель, Чаошуай Чжао, Мохамед Мезуар, Анжеліка Д. Роза, Ремо Н. Відмер, Сяолеі Фенг, Цзінь Лю та Саймон А. Т. Редферн, «Глибокий вуглецевий цикл, обмежений розчинністю карбонатів», Природа зв'язку.
DOI: 10.1038/s41467-021-24533-7
