Гренландский ледяной щит обязан своим существованием росту дуги островов в Юго-Восточной Азии, простирающейся от Суматры до Новой Гвинеи, за последние 15 миллионов лет, утверждает новое исследование.
Согласно анализу, проведенному исследователями из Калифорнийского университета в Беркли, Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и исследовательского института в Тулузе, Франция, когда австралийский континент выталкивал эти вулканические острова из океана, скалы подвергались воздействию дождя. смешивается с углекислым газом, который является кислым. Минералы в горных породах растворялись и вымывались вместе с углеродом в океан, потребляя достаточное количество углекислого газа, чтобы охладить планету и позволить сформироваться большим ледяным щитам над Северной Америкой и Северной Европой.
«Континентальная кора Австралии врезается бульдозерами в эти вулканические острова, образуя действительно высокие горы к югу от экватора», - сказал Николас Суонсон-Хайзел, доцент кафедры наук о Земле и планетах Калифорнийского университета в Беркли и старший автор. исследования. «Итак, у вас есть это большое увеличение площади земли, которая довольно крутая, в регионе, где тепло и влажно, и много типов горных пород, которые обладают способностью естественным образом улавливать углерод».
Начиная около 15 миллионов лет назад, это тропическое горообразование поглощало углекислый газ из атмосферы, уменьшая силу парникового эффекта и охлаждая планету. Примерно 3 миллиона лет назад температура Земли была достаточно низкой, чтобы снег и лед оставались на ней в течение лета и превращались в огромные ледяные щиты над Северным полушарием, подобные тем, что сегодня покрывают Гренландию.
После того, как ледяные щиты Северного полушария выросли, другая динамика климата привела к циклу ледниковых максимумов и минимумов каждые 40 000-100 000 лет. Во время последнего ледникового максимума, около 15 000 лет назад, массивные ледяные щиты покрывали большую часть Канады, северные части США, а также Скандинавию и большую часть Британских островов.
"Если бы не секвестрация углерода, которая происходит на островах Юго-Восточной Азии, у нас не было бы климата, который включает ледяной щит Гренландии и эти ледниковые и межледниковые циклы", Swanson-Hysell сказал. «Мы бы не пересекли этот атмосферный порог CO2, чтобы инициировать ледяные щиты Северного полушария».
Периодический рост и снижение северных ледниковых щитов - цикл ледниковых максимумов и минимумов - вероятно, откладывается из-за антропогенных выбросов, которые увеличили концентрацию углекислого газа в атмосфере.
«Процесс, который занял миллионы лет, мы обратили вспять за 100 лет», - сказал Суонсон-Хайселл.«В течение следующих десятков или сотен тысяч лет геологические процессы в таких местах, как Юго-Восточная Азия, снова приведут к снижению уровня CO2 в атмосфере - темпы, которые разочаровывающе медленны, когда человечество сталкивается с влияние нынешнего глобального потепления.
Аспирант Калифорнийского университета в Беркли Юэм Парк, Суонсон-Хайселл и их коллеги, в том числе Фрэнсис Макдональд из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре и Ив Годдерис из Géosciences Environnement Toulouse, опубликуют свои выводы на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences..
Выветривание горных пород секвестрирует углерод
Геологи давно рассуждают о процессах, которые периодически нагревают и охлаждают планету, изредка покрывая весь земной шар льдом и превращая его в так называемую Землю-снежок.
Как только ученые поняли, что в течение миллионов лет тектонические процессы перемещают массивы суши вокруг планеты, как массивные кусочки головоломки, они стали искать связь между движением континентов и столкновениями с ними и ледниковыми периодами. Циклы орбиты Земли ответственны за 40 000- или 100 000-летние колебания температуры, которые накладываются на долгосрочное потепление и похолодание..
Подъем Гималаев в Азии в средних широтах за последние 50 миллионов лет был главным кандидатом на похолодание и начало ледникового климата после продолжительного геологического интервала без ледяных щитов. Однако несколько лет назад Суонсон-Хайзел и Макдональд увидели корреляцию между горообразованием в тропических районах и началом временных интервалов с ледниковыми периодами за последние 500 миллионов лет.
В 2017 году они предположили, что крупный ледниковый период 445 миллионов лет назад был вызван горообразованием в тропиках, а в 2019 году последовали более полной корреляции последних четырех временных интервалов ледникового климата и столкновения между континентами и тропическими островными дугами. Они утверждают, что сочетание повышенного воздействия горных пород с минералами, которые могут улавливать углерод, и изобилие теплых тропических дождей особенно эффективно поглощают углекислый газ из атмосферы.
Процесс включает химическое растворение горных пород, потребляющих углекислый газ, который затем замыкается в карбонатных минералах, образующих известняковые породы в океане. По словам Свонсон-Хайселла, кальций в ракушках, которые вы находите на пляже, мог быть добыт с тропической горы на другом конце света.
«Мы создали новую базу данных таких типов горообразования, а затем реконструировали широту, на которой они происходили», - сказал Суонсон-Хайселл. «Затем мы увидели, эй, происходит сильное похолодание, когда в тропиках строится много гор такого типа, то есть в Юго-Восточной Азии. Острова Юго-Восточной Азии являются лучшим аналогом процессов, которые мы также наблюдаем. дальше в прошлом."
Для текущей статьи Парк, Суонсон-Хайселл и Макдональд объединились с Годдерисом, чтобы более точно смоделировать, какими будут уровни углекислого газа при изменении размера островов Юго-Восточной Азии.
Исследователи сначала воссоздали размеры островов по мере их роста за последние 15 миллионов лет, сосредоточившись в первую очередь на самых крупных: Яве, Суматре, Филиппинах, Сулавеси и Новой Гвинее. Они подсчитали, что площадь островов увеличилась с 0,3 миллиона квадратных километров 15 миллионов лет назад до 2 миллионов квадратных километров сегодня. Аспирант Калифорнийского университета в Санта-Барбаре Элиэль Анттила, который был студентом бакалавриата по науке о Земле и планетах в Калифорнийском университете в Беркли и является соавтором статьи, внес свой вклад в этот аспект исследования.
Затем они использовали компьютерную модель GEOCLIM Годдериса, чтобы оценить, как рост этих островов изменил уровень углерода в атмосфере. Вместе с постдокторантом Калифорнийского университета в Беркли Пьером Мафром, который недавно получил докторскую степень. в лаборатории Годдериса они обновили модель, чтобы учесть переменный эффект различных типов горных пород. Модель связана с моделью климата, чтобы связать уровни CO2 с глобальными температурами и осадками.
Они обнаружили, что увеличение площади суши вдоль юго-восточной окраины Тихого океана соответствует глобальному похолоданию, как было установлено по составу изотопов кислорода в океанских отложениях. Уровни двуокиси углерода, полученные с помощью модели, также соответствуют некоторым оценкам, основанным на измерениях, хотя Суонсон-Хайзел признает, что оценка уровней CO2 более миллиона лет назад затруднена и неопределенна.
Основываясь на их модели, химическое выветривание только на островах Юго-Восточной Азии снизило уровни CO2 с более чем 500 частей на миллион (ppm) 15 миллионов лет назад до приблизительно 400 ppm. 5 миллионов лет назад и, наконец, до доиндустриального уровня в 280 ppm. Сжигание ископаемого топлива повысило уровень углекислого газа в атмосфере до 411 частей на миллион - уровня, которого на Земле не наблюдалось миллионы лет.
В то время как порог арктического оледенения оценивается примерно в 280 частей на миллион углекислого газа, порог образования ледяного щита на Южном полюсе намного выше: около 750 частей на миллион. Вот почему ледяные щиты Антарктиды начали формироваться намного раньше, около 34 миллионов лет назад, чем в Арктике.
Хотя модель исследователей не позволяет им изолировать климатические последствия подъема Гималаев, только их островной сценарий в Юго-Восточной Азии может объяснить появление ледяных щитов Северного полушария. Они действительно исследовали влияние вулканических событий, происходящих примерно в то же время, включая массивные потоки лавы или наводнения базальтов, например, в Эфиопии и Северной Америке (колумбийские ловушки). Хотя выветривание таких пород было предложено в качестве триггера ледникового периода, модель показывает, что эта активность сыграла второстепенную роль по сравнению с подъемом островов Юго-Восточной Азии.
"Эти результаты подчеркивают, что состояние климата Земли особенно чувствительно к изменениям в тропической географии", заключают авторы.
Swanson-Hysell благодарит Фонд France-Berkeley кампуса за предоставление ресурсов для первоначального сотрудничества с Годдерисом, которое привело к получению крупного совместного гранта от программы Frontier Research in Earth Science Национального научного фонда (NSF) для дальнейшего продолжения исследования. в результате появилась эта статья.
Французско-американская команда планирует смоделировать другие прошлые ледниковые периоды, в том числе ордовикский период 445 миллионов лет назад, который в 2017 году, как предположили Суонсон-Хайзел и Макдональд, был вызван столкновением, подобным тому, что происходит сегодня. на островах Юго-Восточной Азии. Это столкновение произошло во время первой фазы горообразования в Аппалачах, когда нынешний восточный штат США располагался в тропиках.
Исследование проводилось при поддержке France-Berkeley Fund и NSF (1926001, 1925990).