Решение головоломки, которой уже 40 миллионов лет
Силикатные минералы являются основными компонентами большинства горных пород. Когда эти минералы на поверхности Земли вступают в контакт с водой, они частично растворяются, поскольку они вступают в реакцию с углекислым газом в воде. Этот растворенный материал затем переносится через реки в океан, где в конечном итоге используется организмами для производства морских карбонатов, таких как известняк. Таким образом, углекислый газ удаляется из атмосферы и превращается в горную породу.
Этот процесс называется силикатным выветриванием – естественным примером связывания углерода. В современном мире скорость этого процесса увеличивается вместе со скоростью эрозии, разрушения горных пород на все более мелкие части такими процессами, как поток воды ручьями и реками, циклы замораживания-оттаивания или оползни.
Три десятилетия назад в обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета одна из нас, Морин Реймо, вместе с коллегами Уильямом Ф. Руддиманом и Филипом Н. Фройлихом, предложили усилить эрозию и выветривание горных пород, вызванное поднятием Гималаев и Анд. , вызвало снижение содержания углекислого газа в атмосфере. Это привело к глобальному похолоданию, наблюдаемому за последние 40 миллионов лет, и, в конечном итоге, к повторным ледниковым периодам. Эта идея известна как гипотеза подъема-выветривания.
Эту идею подтверждают многочисленные геологические и геохимические данные. К ним относятся записи, отслеживающие изменения в двуокиси углерода, растворенной в океанах; время, когда определенные породы охлаждаются и затвердевают; и скорости осаждения на дне океана.
Изотопы нескольких элементов, включая стронций, осмий и литий, также соответствуют глобальному ускорению континентальной эрозии и выветривания в это время. Таким образом, они подтверждают гипотезу подъема и выветривания.
Однако изотопы элемента бериллия являются важным исключением. В составе горных пород есть только бериллий-9 (в нем 4 протона и 5 нейтронов). В верхних слоях атмосферы Земли высокоэнергетические космические частицы от Солнца сталкиваются с кислородом и азотом, образуя бериллий-10 (с 4 протонами и 6 нейтронами), который падает на поверхность Земли.
Если эрозия и выветривание увеличатся, больше бериллия-9 будет поступать в реки, в то время как скорость образования бериллия-10 останется прежней, поэтому мы можем ожидать, что соотношение бериллий-9 / бериллий-10 в океанах увеличится. Поскольку этого не произошло, некоторые ученые интерпретировали это как указание на то, что скорость континентальной эрозии и выветривания была стабильной в течение последних 12 миллионов лет, что опровергло гипотезу подъема и выветривания.
В только что опубликованное исследование в Труды Национальной академии наук, мы разработали новую модель бериллиевого цикла, которая переосмысливает изотопные записи прошлого. Модель демонстрирует, что при усилении континентальной эрозии и выветривания увеличение количества бериллия-9, протекающего через реки в океан, будет уравновешиваться химическими процессами очистки вдоль побережья океана, которые удалят лишний бериллий-9.
Прогнозируемым результатом будет постоянное соотношение изотопов бериллий-9 / бериллий-10 в морской воде, как и наблюдалось. Подобные процессы не происходят с другими изотопами, такими как стронций и литий. Это объясняет, почему записи изотопов бериллия согласуются с усилением эрозии и выветривания континентальной коры в течение позднего кайнозоя, начавшегося около 34 миллионов лет назад, и разрешает противоречие между записями бериллия и другими косвенными показателями выветривания.
Это исследование также предоставляет важную информацию о том, как наша планета Углеродный цикл работает. Учитывая множество свидетельств, указывающих на то, что за последние 12 миллионов лет произошло усиление эрозии и выветривания, можно сделать вывод, что другие геологические процессы, помимо силикатного выветривания, должны были предотвратить безудержное охлаждение планеты. Был предложен ряд механизмов для компенсации удаления углекислого газа за счет эрозии и выветривания и, таким образом, сохранения обитаемости нашей планеты.
Наша задача как геофизиков – достичь более глубокого понимания сложностей углеродного цикла Земли, особенно огромных малоизученных резервуаров углерода, которыми обмениваются океаническая кора планеты и морская вода.
В нашем Telegram‑канале вы найдёте новости о непознанном, НЛО, мистике, научных открытиях, неизвестных исторических фактах. Подписывайтесь, чтобы ничего не пропустить.
