Выветривание горных пород на поверхности Земли может удалить из атмосферы меньше парниковых газов, чем предполагалось ранее, говорится в новом исследовании Кембриджского университета.
Выводы, опубликованные в PNAS, предполагают, что естественный механизм Земли для удаления углекислого газа (CO2) из атмосферы посредством выветривания горных пород может быть на самом деле слабее, чем предполагали ученые. мысль, ставящая под сомнение точную роль горных пород в смягчении потепления на протяжении миллионов лет.
Исследование также предполагает, что может существовать ранее неизвестный поглотитель CO2 из атмосферы, влияющий на изменения климата в долгосрочной перспективе, который исследователи теперь надеются найти.
Выветривание - это процесс, при котором атмосферный углекислый газ разрушает горные породы, а затем попадает в отложения. Это основная часть углеродного цикла нашей планеты, перемещающая углекислый газ между землей, морем и воздухом и влияющая на глобальные температуры.
«Выветривание похоже на планетарный термостат - это причина, по которой Земля пригодна для жизни. Ученые давно предполагают, что именно поэтому у нас нет безудержного парникового эффекта, как на Венере», - сказал ведущий автор Эд Типпер из Кембриджского департамента. наук о Земле. Удерживая углекислый газ в отложениях, выветривание удаляет его из атмосферы в течение длительного времени, уменьшая парниковый эффект и снижая глобальные температуры.
Новые расчеты группы показывают, что во всем мире потоки выветривания были завышены до 28%, при этом наибольшее воздействие на реки в горных районах, где горные породы разрушаются быстрее.
Они также сообщают, что три крупнейшие речные системы на Земле, в том числе соседние реки Хуанхэ и Салуин, берущие начало на Тибетском плато, и река Юкон в Северной Америке, не поглощают углекислый газ в течение длительного времени, поскольку было задумано.
На протяжении десятилетий Тибетское плато считалось долговременным поглотителем углерода и посредником в изменении климата. Около 25% отложений в Мировом океане происходит с плато.
Одним из лучших мест для изучения круговорота углерода являются реки, они являются артериями континентов. Реки являются связующим звеном между твердой Землей и океанами, перенося выветрелые отложения с суши в океаны, где их углерод заключен в горных породах, - сказал Типпер.
«Ученые десятилетиями измеряли химический состав речных вод для оценки скорости выветривания, - говорит соавтор Виктория Олкок. - Растворенный натрий - один из наиболее часто измеряемых продуктов выветривания, но мы показали, что это не все так просто, и на самом деле натрий часто поступает откуда-то еще."
Натрий высвобождается, когда силикатные минералы, основные строительные блоки большинства земных горных пород, растворяются в углекислоте - смеси углекислого газа в атмосфере и дождевой воде.
Однако команда обнаружила, что не весь натрий поступает в результате этого процесса выветривания. «Мы обнаружили дополнительный источник натрия в речных водах по всему миру», - сказала соавтор исследования Эмили Стивенсон. «Этот дополнительный натрий поступает не из выветренных силикатных пород, как предполагают другие исследования, а на самом деле из очень старых глин, которые подвергаются эрозии в речных водосборах».
Типпер и его исследовательская группа изучили восемь крупнейших речных систем на Земле. Миссия включала 16 полевых сезонов и тысячи лабораторных анализов в поисках того, откуда берется этот лишний натрий.
Они нашли ответ в жидком «геле» из глины и воды, известном как бассейн катионного обмена, который переносится мутными речными отложениями.
Обменный бассейн представляет собой реактивный улей катионов - положительно заряженных ионов, таких как натрий, - которые слабо связаны с частицами глины. Катионы могут легко заменить гель другими элементами, такими как кальций в речной воде, и этот процесс может занять всего несколько часов.
Хотя он был описан в почвах с 1950-х годов, роль обменного пула в снабжении рек натрием в значительной степени игнорировалась.
«Химический и изотопный состав глин в обменном пуле говорит нам, из чего они сделаны и откуда взялись», - сказал соавтор Аласдер Найт. «Мы знаем, что многие глины, переносимые этими реками, происходят из древних отложений, и мы предполагаем, что часть натрия в реке должна поступать из этих глин».
Глины первоначально образовались в результате континентальной эрозии миллионы лет назад. По пути вниз по течению они собирали катионы из окружающей воды - их обменный бассейн собирал натрий, достигая моря. Сегодня эти древние глины, поднятые с морского дна, вместе с содержащимся в них натрием размываются современными реками.
Этот старый натрий, который может переключаться из глин в обменном бассейне в речную воду, ранее ошибочно принимался за растворенные остатки современного выветривания.
«Создание всего одной точки данных потребовало огромного объема работы в лаборатории, и нам также пришлось выполнить много математических расчетов», - сказал Стивенсон. «Это все равно, что размешать торт, используя криминалистический подход для выделения ключевых ингредиентов в отложениях, оставляя после себя обменный бассейн и глину. Люди использовали одни и те же методы в течение очень долгого времени - и они работают - но мы смогли чтобы найти дополнительный ингредиент, который обеспечивает натрий, и мы должны учитывать это».
«Благодаря напряженной работе многих сотрудников и студентов в течение многих лет наши образцы получили возможность справиться с этим сложным химическим процессом в глобальном масштабе», - сказал Типпер..
Ученым теперь остается ломать голову над тем, что еще могло поглощать углекислый газ Земли в течение геологического времени. Определенных кандидатов нет, но одна спорная возможность заключается в том, что жизнь удаляет углерод из атмосферы. Другая теория состоит в том, что растворение силикатов на дне океана или вулканических дугах может быть важным.«Люди десятилетиями искали континенты на предмет выветривания - так что, возможно, теперь нам нужно начать расширяться там, где мы ищем», - сказал Типпер..