Jak tektonika płyt, góry i osady głębinowe utrzymują „umiarkowany” klimat na Ziemi

Erupcja wulkanu, część cyklu tektonicznego Ziemi. (Źródło zdjęcia: Salvatore Allegra/AP)

Ten artykuł został pierwotnie opublikowany w dniu Rozmowa. (Otwiera się w nowej karcie) Post dodał ten artykuł do Space.com Głosy ekspertów: od redakcji i spostrzeżeń.

Dietmar Muller (Otwiera się w nowej karcie)Profesor Geofizyki na Uniwersytecie w Sydney
Adriana Dutkiewicz (Otwiera się w nowej karcie)ARC Future Fellow, University of Sydney
Andrzej Meredith (Otwiera się w nowej karcie)Pracownik naukowy, Uniwersytet w Leeds
Ben Mather (Otwiera się w nowej karcie)Pracownik naukowy, Uniwersytet Sydney
Christopher Gonzalez (Otwiera się w nowej karcie)Pracownik naukowy, University of Western Australia
Sabine Zhirovic (Otwiera się w nowej karcie)Staż podoktorski, University of Sydney
Tobias Keeler (Otwiera się w nowej karcie)starszy naukowiec w dziedzinie obliczeniowych nauk o Ziemi, Szwajcarski Federalny Instytut Technologii w Zurychu
Weronika Górczyk (Otwiera się w nowej karcie)Uniwersytet Australii Zachodniej,
współpracownik: Joe Condon (Otwiera się w nowej karcie)Stypendysta Honorowy Uniwersytetu w Melbourne

Przez setki milionów lat ZiemiaJej klimat stał się ciepły i zimny z naturalnymi wahaniami poziomu dwutlenku węgla (CO₂) w atmosferze. w ciągu ostatniego stulecia, Ludzie podnieśli poziom dwutlenku węgla (Otwiera się w nowej karcie) do najwyższego poziomu od 2 milionów lat – Przekraczanie naturalnych emisji Głównie poprzez spalanie paliw kopalnych, powodujące postępujące globalne ocieplenie, które może sprawić, że niektóre części świata nie będą nadawały się do zamieszkania.

Co on może zrobić? Jako naukowcy zajmujący się Ziemią przyglądamy się, w jaki sposób naturalne procesy zamieniają węgiel z atmosfery na Ziemię iz powrotem, aby znaleźć potencjalne odpowiedzi na to pytanie.

nasz Nowe wyszukiwanie (Otwiera się w nowej karcie) Opublikowana w Nature pokazuje, jak tektonika płyt, wulkany, zerodowane góry i osady dna morskiego zdominowały klimat Ziemi w geologicznej przeszłości. Wykorzystanie tych procesów może odgrywać rolę w utrzymaniuumiarkowany (Otwiera się w nowej karcie)„Klimat, którym cieszyła się nasza planeta.

Od szklarni do epoki lodowcowej

Klimaty szklarni i lodowni (Otwiera się w nowej karcie) Istniały w geologicznej przeszłości. Kredowa szklarnia (która przetrwała około 145 milionów do 66 milionów lat) miała poziomy dwutlenku węgla w atmosferze powyżej 1000 części na milion, w porównaniu do około 420 dzisiaj, i temperatury do 10°C wyższe niż obecnie.

Ale klimat Ziemi się zaczął Zimno około 50 milionów lat temu (Otwiera się w nowej karcie) podczas Era współczesnego życia (Otwiera się w nowej karcie)zakończone w Klimat lodowiska Temperatury spadły do prawie 7 stopni Celsjusza bardziej niż dzisiaj.

Co zapoczątkowało tę dramatyczną zmianę globalnego klimatu?

Ziemia ewoluowała od klimatu szklarniowego w okresie kredowym (po lewej) do klimatu szklarniowego w następnej epoce kenozoicznej (po prawej), w wyniku czego powstały wewnętrzne warstwy lodu.

Ziemia ewoluowała od klimatu szklarniowego w okresie kredowym (po lewej) do klimatu szklarniowego w następnej epoce kenozoicznej (po prawej), w wyniku czego powstały wewnętrzne warstwy lodu. (Źródło obrazu: F. Guillén i M. Antón / Wikimedia commons)

Podejrzewaliśmy, że winowajcą były płyty tektoniczne Ziemi. Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób tektonika płyt magazynuje, transportuje i emituje węgiel, zbudowaliśmy komputerowy model tektonicznego „węgla przenośnika taśmowego”.

pas transmisyjny z włókna węglowego

Procesy tektoniczne uwalniają węgiel do atmosfery na wysokościach śródoceanicznych – gdzie dwie płyty oddalają się od siebie – umożliwiając magmie uniesienie się na powierzchnię i utworzenie nowej skorupy oceanicznej.

W tym samym czasie w rowach oceanicznych – gdzie spotykają się dwie płyty – płyty są ściągane i ponownie wprowadzane w głąb Ziemi. W drodze w dół transportują węgiel z powrotem pod ziemię, ale uwalniają również trochę dwutlenku węgla poprzez aktywność wulkaniczną.

Ziemska tektoniczna taśma przenośnika węgla transportuje ogromne ilości węgla między głębinami a powierzchnią, od krawędzi śródoceanicznych do stref subdukcji, gdzie płyty oceaniczne przenoszące osady głębinowe są zawracane do wnętrza Ziemi. Zachodzące procesy odgrywają kluczową rolę w klimacie i możliwości zamieszkania na Ziemi.

Nasz model pokazuje, że kredowy klimat szklarniowy spowodowany był bardzo szybko poruszającą się tektoniką płyt, która znacząco zwiększyła emisję CO2 z grzbietów śródoceanicznych.

W przejściu do komory lodowej kenozoiku ruch klimatycznej płyty tektonicznej zwolnił, a emisje wulkanicznego dwutlenku węgla zaczęły spadać. Ale ku naszemu zaskoczeniu odkryliśmy bardziej złożony mechanizm ukryty w systemie przenośników taśmowych, który obejmuje budowanie gór, erozję kontynentalną i zakopywanie mikroskopijnych szczątków na dnie morza.

Subtelny efekt chłodzenia spowalniającej tektoniki płyt w kenozoiku

Płyty tektoniczne spowalniają z powodu zderzeń, które z kolei prowadzą do powstania gór, takich jak Himalaje i Alpy, które powstały w ciągu ostatnich 50 milionów lat. Miało to zmniejszyć wulkaniczne emisje CO2, ale zamiast tego nasz model Carbon Transport Belt wykazał zwiększone emisje.

Prześledziliśmy jego źródło w bogatych w węgiel osadach głębinowych, które są spychane w dół, aby zasilać wulkany, zwiększając emisje dwutlenku węgla i niwelując efekt spowalniających płyt.

Więc jaki dokładnie jest mechanizm odpowiedzialny za spadek dwutlenku węgla w atmosferze?

Odpowiedź leży w górach, które były odpowiedzialne przede wszystkim za spowalnianie płyt i magazynowanie węgla w głębokim morzu.

Kiedy góry się uformują, zaczynają ulegać erozji. Woda deszczowa zawierająca dwutlenek węgla reaguje z szeregiem skał górskich, powodując ich pękanie. Rzeki niosą do morza rozpuszczone minerały. Następnie organizmy morskie wykorzystują rozpuszczone produkty do budowy muszli, które ostatecznie stają się częścią bogatych w węgiel osadów morskich.

Wraz z tworzeniem się nowych łańcuchów górskich, coraz więcej skał uległo erozji, przyspieszając ten proces. Ogromne ilości dwutlenku węgla zostały zmagazynowane, a planeta ochłodziła się, chociaż niektóre z tych osadów zostały pochłonięte, gdy węgiel został wyrzucony przez wulkany łukowe.

Wapień z Dover White Cliffs jest przykładem bogatego w węgiel osadu morskiego, który składa się z maleńkich pozostałości szkieletu morskiego planktonu z węglanu wapnia.

Wapień z Dover White Cliffs jest przykładem bogatego w węgiel osadu morskiego, który składa się z maleńkich pozostałości szkieletu morskiego planktonu z węglanu wapnia. (Źródło zdjęcia: I Giel/Wikimedia, CC BY)

Wietrzenie skał jako potencjalna technologia usuwania CO2

Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (IPCC) Mówi (Otwiera się w nowej karcie) Wprowadzenie na dużą skalę metod usuwania CO2 jest „nieuniknione”, jeśli świat ma osiągnąć zerową emisję gazów cieplarnianych netto.

Wietrzenie skał magmowych, zwłaszcza takich jak bazalt zawierający minerał zwany oliwinem, jest bardzo skuteczny w redukcji dwutlenku węgla w atmosferze. Rozrzucanie oliwinu na plażach może skutkować Pochłania nawet bilion ton dwutlenku węgla z atmosfery (Otwiera się w nowej karcie)Dla mnie kilka szacunków (Otwiera się w nowej karcie).

obecna prędkość Ocieplenie stworzone przez człowieka (Otwiera się w nowej karcie) jest to, że zbyt szybkie zmniejszenie emisji dwutlenku węgla jest konieczne, aby uniknąć katastrofalnego globalnego ocieplenia. Ale procesy geologiczne, z pomocą niektórych ludzi, mogą również odgrywać rolę w utrzymywaniu „umiarkowanego” klimatu Ziemi.

To badanie zostało przeprowadzone przez naukowców z University of Sydney Grupa EarthByte (Otwiera się w nowej karcie)University of Western Australia, University of Leeds i Swiss Federal Institute of Technology w Zurychu przy użyciu GPlate (Otwiera się w nowej karcie) Oprogramowanie do modelowania z otwartym dostępem. Jest to możliwe dzięki Australijskiej Narodowej Strategii Infrastruktury Badań Współpracy (NCRIS) poprzez: oskop (Otwiera się w nowej karcie) oraz Biuro Głównego Naukowca i Inżyniera Departamentu Przemysłu NSW.

Ten artykuł został ponownie opublikowany z Rozmowa (Otwiera się w nowej karcie) Na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł (Otwiera się w nowej karcie).

Śledź wszystkie tematy i dyskusje ekspertów – i weź udział w dyskusji – na Facebooku i Twitterze. Wyrażone opinie są opiniami autora i niekoniecznie odzwierciedlają opinie wydawcy.

Elise Haynes

„Analityk. Nieuleczalny nerd z bekonu. Przedsiębiorca. Oddany pisarz. Wielokrotnie nagradzany alkoholowy ninja. Subtelnie czarujący czytelnik.”