Ученые из Саутгемптонского университета обнаружили, что обширные цепи вулканов ответственны как за выброс, так и за удаление углекислого газа (CO2) из атмосферы в течение геологического времени. Это стабилизировало температуру на поверхности Земли.
Исследователи, работая с коллегами из Сиднейского университета, Австралийского национального университета (ANU), Университета Оттавы и Университета Лидса, изучили совокупное влияние процессов в твердой поверхности Земли, океанов и атмосферы за последние 400 миллионов лет. Их результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Естественный разрушение и растворение горных пород на поверхности Земли называется химическим выветриванием. Это критически важно, потому что продукты выветривания (такие элементы, как кальций и магний) смываются через реки в океаны, где они образуют минералы, удерживающие CO 2. Этот механизм обратной связи регулирует уровни CO 2 в атмосфере и, в свою очередь, глобальный климат в течение геологического времени.
«В этом отношении выветривание поверхности Земли служит геологическим термостатом», — говорит ведущий автор доктор Том Гернон, доцент кафедры наук о Земле Саутгемптонского университета и научный сотрудник Института Тьюринга. «Но оказалось, что основные средства контроля трудно определить из-за сложности системы Земли».
«Многие земные процессы взаимосвязаны, и между процессами и их последствиями есть большие задержки», — объясняет Элко Ролинг, профессор океанологии и изменения климата в ANU и соавтор исследования. «Понимание относительного влияния конкретных процессов в реакции системы Земля было поэтому неразрешимой проблемой».
Чтобы разгадать сложность, команда построила новую «Земную сеть», включающую алгоритмы машинного обучения и 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. Сегодня континентальные дуги состоят из цепей вулканов, например, в Андах в Южной Америке и Каскадах 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.
Мартин Палмер, профессор геохимии Саутгемптонского университета и соавтор исследования, сказал: «Это баланс. С одной стороны, эти вулканы выбрасывают большое количество CO 2, что увеличивает уровень CO 2 в атмосфере. С другой стороны, С другой стороны, те же 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. «Идея такого геологического перетягивания каната между сушей и морским дном как доминирующей движущей силы выветривания земной поверхности не подтверждается данными», — заявляет доктор Гернон.
«К сожалению, результаты не означают, что природа спасет нас от изменения климата», — подчеркивает д-р Гернон. «Сегодня уровни CO 2 в атмосфере выше, чем когда-либо за последние 3 миллиона лет, а антропогенные выбросы примерно в 150 раз больше, чем выбросы вулканического CO 2. Континентальные дуги, которые, похоже, спасли планету в далеком прошлом просто отсутствуют в масштабе, необходимом для противодействия современным выбросам CO 2 ».
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 ускорения скорости химических реакций — может сыграть ключевую роль в безопасном удалении CO 2 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.
«Это ни в коем случае не является серебряной пулей для решения климатического кризиса — нам срочно необходимо сократить выбросы CO 2 в соответствии с методами смягчения последствий МГЭИК, полная остановка. Наша оценка обратной связи по погодным условиям в течение длительного периода времени может помочь в разработке и оценке крупных проектов. — масштабные улучшенные схемы выветривания, что является лишь одним из шагов, необходимых для противодействия глобальному изменению климата», — заключает д-р Гернон.