Вулканы действуют как предохранительный клапан для долгосрочного климата Земли — стабильные температуры поверхности

Континентальные вулканические дуги, подобные этой на Камчатке, Россия, быстро выветриваются, удаляя углекислый газ из атмосферы в течение геологического времени. Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

Ученые из Саутгемптонского университета обнаружили, что большие цепочки вулканов ответственны как за выброс, так и за удаление углекислого газа (CO) из атмосферы.₂) за геологическое время. Температуры стабилизировались на поверхности Земли.

Исследователи, работающие с коллегами из Сиднейского университета, Австралийский национальный университет (ANU), Университет Оттавы и Университет Лидса исследовали совокупное влияние процессов в твердой Земле, океанах и атмосфере за последние 400 миллионов лет. Их выводы были опубликованы в журнале. естественные науки о Земле.

Естественное растрескивание и растворение горных пород на поверхности Земли называется химическим выветриванием. Это очень важно, потому что продукты выветривания (такие элементы, как кальций и магний) текут через реки в океаны, где они образуют минералы, задерживающие углекислый газ.₂. Этот механизм обратной связи регулирует содержание углекислого газа в атмосфере.₂ уровни и, следовательно, глобальный климат в течение геологического времени.

«В этом отношении процесс выветривания на поверхности Земли действует как геотермальный термостат», — говорит ведущий автор доктор Том Гернон, доцент кафедры наук о Земле Саутгемптонского университета и сотрудник Института Тьюринга. «Но оказалось, что определить основные элементы управления сложно из-за сложности системы Земли».

Современный континентальный дуговый вулкан на полуострове Камчатка, Дальний Восток России. Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

«Многие земные процессы взаимосвязаны, и между процессами и их последствиями есть несколько ключевых временных лагов», — объясняет Элко Ролинг, профессор океанов и изменения климата в ANU и соавтор исследования. «Так что понимание относительного воздействия определенных процессов на реакцию системы Земли — это неразрешимая проблема».

Чтобы раскрыть сложность, команда создала новую «Земную сеть», которая включает алгоритмы машинного обучения и реконструкции тектонических плит. Это позволило им определить взаимодействия, преобладающие в системе Земля, и то, как они развивались с течением времени.

Вулканические дуги преобладали в глобальном химическом выветривании на протяжении последних 400 миллионов лет (на фото: река, истощающая вулкан Пекин, полуостров Камчатка, Россия). Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

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 водопадов в Соединенных Штатах. Эти вулканы являются одними из самых высоких и быстро разрушающихся объектов на Земле. Поскольку магматические породы фрагментированы и химически взаимодействуют, они быстро подвергаются воздействию и текут в океаны.

«Это баланс», — сказал Мартин Палмер, профессор геохимии Саутгемптонского университета и соавтор исследования. С одной стороны, эти вулканы выбрасывают большое количество углекислого газа.₂ Что привело к увеличению содержания углекислого газа в атмосфере.₂ уровни. С другой стороны, те же вулканы помогли удалить этот углерод за счет быстрых реакций выветривания. «

Исследование ставит под сомнение устоявшуюся концепцию, согласно которой стабильность климата Земли на протяжении десятков и сотен миллионов лет отражает баланс между выветриванием морского дна и материковой внутренней частью. «Идея о таком геологическом напряжении между сушей и морским дном как о главном двигателе выветривания поверхности не подтверждается данными», — говорит д-р Гернон.

«К сожалению, результаты не означают, что природа спасет нас от изменения климата», — подчеркивает д-р Гернон. «Сегодня углекислый газ в атмосфере₂ Уровни выше, чем когда-либо за последние три миллиона лет, а антропогенные выбросы примерно в 150 раз превышают выбросы вулканического углекислого газа.₂ выбросы. Континентальные дуги, которые, кажется, спасли планету в далеком прошлом, просто не существуют в масштабах, необходимых для борьбы с CO2 сегодня.₂ выбросы. «

Но выводы команды по-прежнему дают важную информацию о том, как общество справляется с текущим климатическим кризисом. Промышленно улучшенное выветривание горных пород — когда породы дробятся и рассыпаются по суше для ускорения скорости химической реакции — может сыграть ключевую роль в безопасном удалении углекислого газа.₂ С воздуха. Результаты группы показывают, что такие схемы могут быть оптимально развернуты с использованием щелочных магматических материалов (содержащих кальций, калий и натрий), таких как те, которые встречаются в средах с континентальной дугой.

«Это ни в коем случае не панацея от климатического кризиса — нам крайне необходимо сократить выбросы CO2.₂ Выбросы в соответствии с путями смягчения последствий МГЭИК, точка. Наша оценка обратной связи по выветриванию за длительные периоды времени может помочь в разработке и оценке крупномасштабных улучшенных схем выветривания, которые являются лишь одним из шагов, необходимых для решения проблемы глобального изменения климата », — заключает д-р Гернон.

Ссылка: «Глобальное химическое выветривание, в котором преобладали континентальные дуги с середины палеозоя» Томас М. Гернон, Теа К. Хинкс, Эндрю С. Мередит, Элко Дж. Ролинг, Мартин Р. Палмер, Гэвин Л. Фостер, Клемент Б. пирожок и т. д. Дитмар Мюллер, 23 августа 2021 г., Nature Geoscience.
DOI: 10.1038 / s41561-021-00806-0