Время от времени в истории Земли случались длительные периоды похолодания. Температуры уже падали более чем за десять миллионов лет до того, как около 2,5 миллионов лет назад начался последний ледниковый период. В то время северное полушарие было покрыто массивными ледяными массивами и ледниками. Геонаучная парадигма, широко распространенная более двадцати лет, объясняет это похолодание образованием крупных горных хребтов, таких как Анды, Гималаи и Альпы. Парадигма предполагает, что в результате произошло большее выветривание горных пород. Это, в свою очередь, удалило больше углекислого газа (CO2) из атмосферы, так что «парниковый эффект» уменьшился, а атмосфера охладилась. Этот и другие процессы в итоге привели к «ледниковому периоду».
В новом исследовании Джереми Кейвс-Ругенштейн из ETH Zurich, Дэн Ибарра из Стэнфордского университета и Фридхельм фон Бланкенбург из Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ в Потсдаме смогли показать, что эту парадигму нельзя поддерживать. Согласно статье, выветривание было постоянным в течение рассматриваемого периода. Вместо этого повышенная «реактивность» земной поверхности привела к уменьшению содержания CO2 в атмосфере, что привело к охлаждению Земли. Исследователи опубликовали результаты в журнале Nature.
Второй взгляд после изотопного анализа
Процесс выветривания горных пород, и особенно химическое выветривание горных пород углекислотой, контролировал климат Земли на протяжении миллиардов лет. Углекислота образуется из CO2 при ее растворении в дождевой воде. Таким образом, выветривание удаляет CO2 из атмосферы Земли ровно в той мере, в какой его снабжали атмосферу вулканические газы. Широко распространенная до сих пор парадигма гласит, что с образованием больших горных хребтов за последние 15 миллионов лет усилились эрозионные процессы, а вместе с ними и CO2-связывающие породы. выветривание. Действительно, геохимические измерения в океанских отложениях показывают, что доля CO2 в атмосфере сильно уменьшилась на этом этапе.
«Эта гипотеза, однако, имеет большой подвох», - объясняет Фридхельм фон Бланкенбург из GFZ. «Если бы атмосфера действительно потеряла столько CO2, сколько вызвало выветривание, вызванное эрозией, в ней вряд ли осталось бы CO2. менее чем через миллион лет вся вода превратилась бы в лед, и жизни было бы трудно выжить. Но это было не так.
То, что эти сомнения оправданы, уже было показано фон Бланкенбургом и его коллегой Джейн Вилленбринг в исследовании 2010 года, которое также появилось в Nature. «Мы использовали измерения редкого изотопа бериллия-10, образующегося в результате космического излучения в атмосфере Земли, и его соотношения со стабильным изотопа бериллия-9 в океанских отложениях, чтобы показать, что выветривание земной поверхности совсем не увеличилось», - говорит Фридхельм. фон Бланкенбург.
Поверхность земли стала более «реактивной»
В опубликованном исследовании Кейвс-Ругенштейн, Ибарра и фон Бланкенбург дополнительно использовали данные о стабильных изотопах элемента лития в океанских отложениях в качестве индикатора процессов выветривания. Они хотели выяснить, как, несмотря на постоянное выветривание горных пород, количество CO2 в атмосфере могло уменьшиться. Они ввели свои данные в компьютерную модель глобального углеродного цикла.
Действительно, результаты модели показали, что потенциал земной поверхности к погоде увеличился, но не скорость, с которой она выветривается. Исследователи называют этот потенциал выветривания «реактивностью» поверхности земли. «Реактивность описывает, насколько легко химические соединения или элементы вступают в реакцию», - объясняет Фридхельм фон Бланкенбург. Если на поверхности больше невыветрелых и, следовательно, более реакционноспособных пород, они в целом могут реагировать так же экстенсивно химически с небольшим количеством CO2 в атмосфере, как уже сильно выветренные породы реагировали бы с небольшим количеством CO2 много CO2 Уменьшение содержания CO2 в атмосфере, которое отвечает за охлаждение, таким образом, можно объяснить без увеличения скорости выветривания..
«Однако необходим геологический процесс, чтобы омолодить поверхность земли и сделать ее более «реактивной», - говорит Фридхельм фон Бланкенбург. - Это не обязательно должно быть образование больших гор. Точно так же тектонические разломы, небольшое увеличение эрозии или обнажение других типов горных пород могли вызвать появление на поверхности большего количества материала с потенциалом выветривания. В любом случае наша новая гипотеза должна вызвать геологическое переосмысление относительно похолодания перед последним ледниковым периодом».