Новое исследование Вашингтонского университета показывает, что хрестоматийное понимание глобального химического выветривания, при котором горные породы растворяются, смываются реками и в конечном итоге оказываются на дне океана, чтобы снова начать процесс, не зависит от температуры Земли. так, как считали геологи.
Исследование, опубликованное 22 мая в журнале Nature Communications с открытым доступом, рассматривает ключевой аспект круговорота углерода - процесс, посредством которого атомы углерода перемещаются между воздухом, камнями и океанами. Результаты ставят под сомнение роль горных пород в установлении температуры нашей планеты в долгосрочной перспективе.
«Понимание того, как Земля перешла от тепличного климата в эпоху динозавров к сегодняшнему дню, может помочь нам лучше понять долгосрочные последствия будущего изменения климата», - сказал автор-корреспондент Джошуа Криссансен-Тоттон, докторант Университета Вашингтона. в науках о Земле и космосе.
Современное понимание состоит в том, что климат Земли контролируется в течение миллионов лет естественным термостатом, связанным с выветриванием горных пород. Углекислый газ выбрасывается в воздух вулканами, и этот газ может затем растворяться в дождевой воде и вступать в реакцию с богатыми кремнием континентальными породами, вызывая химическое выветривание пород. Этот растворенный углерод затем стекает по рекам в океан, где в конечном итоге оказывается запертым в углеродосодержащем известняке на морском дне.
Являясь мощным парниковым газом, атмосферный углекислый газ также задерживает солнечное тепло. А более теплая Земля увеличивает скорость химического выветривания, вызывая больше осадков и ускоряя химические реакции между дождевой водой и горными породами. Со временем уменьшение количества углекислого газа в воздухе с помощью этого метода охлаждает планету, в конечном итоге возвращая климат к более умеренным температурам - по крайней мере, так говорится в учебнике.
«Общая идея заключалась в том, что если выделяется больше углекислого газа, скорость выветривания увеличивается, а уровень углекислого газа и температура снижаются», - соавтор Дэвид Кэтлинг, профессор UW по наукам о Земле и космосе. «Это своего рода долговременный термостат, который защищает Землю от перегрева или слишком холода».
Новое исследование началось, когда исследователи решили определить условия, в которых возникла самая ранняя жизнь на Земле, примерно 3,5-4 миллиарда лет назад. Сначала они проверили свои идеи на том, что они считали довольно хорошо изученным периодом времени: последние 100 миллионов лет, когда существуют записи горных пород и окаменелостей о температуре, уровне углекислого газа и других переменных окружающей среды..
Климат Земли 100 миллионов лет назад сильно отличался от сегодняшнего. В середине мелового периода полюса были на 20-40 градусов теплее, чем сейчас. Углекислого газа в воздухе было более чем в два раза больше, чем сегодняшняя концентрация. Моря были на 100 метров (330 футов) выше, и динозавры бродили возле свободных ото льда полюсов.
Исследователи создали компьютерную симуляцию потоков углерода, необходимых для соответствия всем геологическим записям, тем самым воспроизведя драматический переход от теплого среднего мелового периода к сегодняшнему дню.
Мы обнаружили, что для того, чтобы объяснить все данные - температуру, CO2, химию океана, все - зависимость химического выветривания от температуры должна быть значительной. слабее, чем обычно предполагалось», - сказала Криссансен-Тоттон. «Вам также нужно иметь что-то еще, изменяющее скорость выветривания, которое не имеет ничего общего с температурой».
Геологи ранее подсчитали, что повышение температуры на 7 градусов по Цельсию удвоит скорость химического выветривания. Но новые результаты показывают, что для удвоения скорости вымывания горных пород требуется более чем трехкратный скачок температуры, или 24 C.
«Это просто гораздо менее эффективный термостат», - сказала Криссансен-Тоттон.
Авторы предполагают, что еще одним механизмом, контролирующим скорость выветривания, может быть то, насколько земля обнажена над уровнем моря и крутизной земной поверхности. Когда около 50 миллионов лет назад было сформировано Тибетское нагорье, более крутые поверхности могли увеличить глобальную скорость
химического выветривания, вытягивания большего количества CO2 и снижения температуры до сегодняшних более умеренных температур.
«Оглядываясь назад, наши результаты имеют большой смысл», - сказал Кэтлинг. «Горные породы говорят нам, что на Земле в течение геологической истории были большие перепады температуры, поэтому естественный термостат Земли не может быть очень жестким».
Их расчеты также указывают на более тесную связь между атмосферным CO2 и температурой, известную как чувствительность климата. Удвоение CO2 в атмосфере в конечном итоге вызвало повышение глобальной температуры на 5 или 6 градусов по Цельсию, что примерно в два раза превышает типичные прогнозы изменения температуры на протяжении столетий для аналогичного удвоения CO. 2 из-за выбросов человека.
Хотя это и не окончательное слово, говорят исследователи, эти цифры являются плохой новостью для сегодняшних климатических сдвигов.
«Все это означает, что в очень долгосрочной перспективе наши далекие потомки могут ожидать дальнейшего потепления гораздо дольше, если уровень углекислого газа и температура будут продолжать расти», - сказал Кэтлинг..
Теперь исследователи будут применять свои расчеты к другим периодам геологического прошлого.
«Это будет иметь последствия для углеродных циклов в другие времена в истории Земли и в ее будущем, а также, возможно, для других скалистых планет за пределами Солнечной системы», - сказала Криссансен-Тоттон.