Ученые Калифорнийского университета думают, что они знают, почему в целом теплый и приятный климат Земли за последний миллиард лет иногда прерывался резкими похолоданиями, которые покрывали полюса льдом и время от времени превращали планету в снежный ком.
Ключевым триггером, по их словам, является горообразование в тропиках, когда континентальные массивы суши сталкиваются с вулканическими островными дугами, такими как цепь Алеутских островов на Аляске.
Климат Земли в значительной степени определяется количеством углекислого газа в атмосфере, который удерживает тепло и нагревает планету. В то время как сжигание ископаемого топлива со времен промышленной революции подняло уровни CO2 на высоту, невиданную за 3 миллиона лет, уровни CO2 были еще выше в Прошлое Земли, совпадающее с теплыми периодами, когда не существовало крупных ледяных щитов.
На самом деле, климат Земли по умолчанию кажется теплым и мягким. Периоды без ледников преобладали в течение трех четвертей последнего миллиарда лет.
Тем не менее, полдюжины ледниковых периодов заморозили Землю за это время, два из них были достаточно сильными, чтобы превратить планету в Землю-снежок со льдом, покрывающим большую часть поверхности. Чем вызваны эти холодные интерлюдии?
В исследовании, опубликованном в выпуске журнала Science за эту неделю, команда пришла к выводу, что когда вулканические дуги сталкиваются с континентами в тропиках - неизбежное следствие постоянного движения тектонических плит планеты - они вызывают глобальное похолодание, что приводит к ледниковый климат с обширными ледяными шапками.
Такое столкновение происходит сейчас, когда части Индонезийского архипелага выталкиваются вверх в горы на северной окраине Австралии. В результате есть горы, содержащие породы, известные как офиолиты, обладающие высокой способностью удалять углерод из атмосферы. В геологические периоды времени существует баланс между CO2, испускаемым вулканами, и CO2, поглощаемым в результате химических реакций с горными породами. Породы с высоким содержанием кальция и магния, такие как офиолиты, наиболее эффективно потребляют CO2 Когда эти элементы высвобождаются из горных пород, они соединяются с CO2и пробираются к океану, где образуют известняк, замыкая CO2 в горную породу, где он остается на миллионы лет.
«Земля имеет долгосрочную программу связывания углерода», - сказал Николас Суонсон-Хайзел из Калифорнийского университета в Беркли, доцент кафедры наук о Земле и планетах, который разработал исследование вместе с Фрэнсисом Макдональдом, профессором кафедры наук о Земле в Университете Калифорнии. Калифорнийский университет в Санта-Барбаре.«Мы знаем, что эти процессы удерживают климат Земли в равновесии, но определение того, что вызывает сдвиги между неледниковым и ледниковым климатом в масштабе миллионов лет, является давней загадкой».
К сожалению для будущего Земли, геологические процессы, которые потребляют CO2, медленны и не в состоянии бороться с массивными выбросами CO2, которые в результате сжигания нефти, угля и природного газа. По словам Свонсон-Хайзелла, через тысячелетия программа естественного связывания углерода на Земле восстановит баланс, но современной цивилизации, которая так успешна в нынешнем более прохладном климате Земли, придется долго ждать.
Аппалачи пришли с большими заморозками
В 2017 году Суонсон-Хайзел и Макдональд предположили, что крупный ледниковый период 445 миллионов лет назад был вызван столкновением, подобным тому, которое происходит сегодня в Индонезии. Это столкновение произошло во время первой фазы горообразования в Аппалачах, когда современный восточный У. С. располагался в тропиках. В теплых и влажных тропиках реакции выветривания, которые в конечном итоге улавливают углерод, еще более эффективны, что привело к уменьшению количества CO2 в атмосфере и более холодной планете на миллионы лет. Работа исследователей из Калифорнийского университета основана на аналогичном предложении Макдональда и Оливера Ягуца из Массачусетского технологического института о том, что такие процессы были важны для охлаждения в течение последних 90 миллионов лет.
Новое исследование укрепляет связь между такими столкновениями в тропиках и глобальным климатом и было проведено Свонсон-Хайселлом, Макдональдом и Ягуцем, а также аспирантом Калифорнийского университета в Беркли Юем Паком и Лоррейн Лисецки из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
В текущем исследовании команда Беркли/Санта-Барбары/MIT использовала самые современные модели палеогеографии Земли, чтобы реконструировать положение таких событий горообразования за последние полмиллиарда лет. Они обнаружили, что всем трем основным ледниковым периодам за это время предшествовали столкновения вулканических дуг с континентами в тропиках, и что никакие столкновения за пределами тропиков не вызвали ледниковый период.
"Хотя мы думали, что этот процесс важен, взаимосвязь между такой средой в тропиках и ледниковым климатом оказалась яснее, чем мы ожидали", - сказал Суонсон-Хайзел.
Теория команды также объясняет, почему ледниковые периоды подходят к концу. По мере того как такие столкновения прекращаются и обнажается меньше горных пород, или по мере того, как горные породы дрейфуют из пояса тропических дождей, секвестрация углерода становится менее эффективной, уровни CO2 повышаются по мере продолжения вулканического выделения газов и Земля снова нагревается до неледникового климата.
Swanson-Hysell представит выводы группы в пятницу, 12 апреля, на ежегодном собрании Европейского союза наук о Земле в Вене, Австрия.