Вулканы выступили в качестве предохранительного клапана для долгосрочного климата Земли

Исследователи, работая с коллегами из Сиднейского университета, Австралийского национального университета (ANU), Университета Оттавы и Университета Лидса, изучили совокупное влияние процессов в твердой поверхности Земли, океанов и атмосферы за последние 400 миллионов лет. Их выводы опубликованы в журнале. Природа Геонауки.

Континентальные вулканические дуги, подобные этой на Камчатке, Россия, быстро выветриваются, что приводит к удалению CO2 из атмосферы в течение геологического времени. Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

Естественный разрушение и растворение горных пород на поверхности Земли называется химическим выветриванием. Это критически важно, потому что продукты выветривания (такие элементы, как кальций и магний) смываются через реки в океаны, где они образуют минералы, удерживающие CO.₂. Этот механизм обратной связи регулирует содержание CO в атмосфере.₂ уровней и, в свою очередь, глобального климата в течение геологического времени.

«В этом отношении выветривание поверхности Земли служит геологическим термостатом», — говорит ведущий автор доктор Том Гернон, доцент кафедры наук о Земле Саутгемптонского университета и научный сотрудник Института Тьюринга. «Но оказалось, что основные элементы управления трудно определить из-за сложности системы Земли».

«Многие земные процессы взаимосвязаны, и между процессами и их последствиями существуют значительные временные лагы», — объясняет Элко Ролинг, профессор океанологии и изменения климата в ANU и соавтор исследования. «Понимание относительного влияния конкретных процессов в реакции системы Земля было поэтому неразрешимой проблемой».

Чтобы разгадать сложность, команда построила новую «Земную сеть», включающую алгоритмы машинного обучения и реконструкции тектонических плит. Это позволило им определить доминирующие взаимодействия в системе Земля и то, как они развивались с течением времени.

Команда обнаружила, что континентальные вулканические дуги были самым важным фактором интенсивности выветривания за последние 400 миллионов лет. Сегодня континентальные дуги включают цепочки вулканов, например, в Андах в Южной Америке и Каскады в США. Эти вулканы являются одними из самых высоких и быстро разрушающихся объектов на Земле. Поскольку вулканические породы фрагментированы и химически активны, они быстро выветриваются и смываются в океаны.

Мартин Палмер, профессор геохимии Саутгемптонского университета и соавтор исследования, сказал: «Это баланс. С одной стороны, эти вулканы выбрасывали большое количество CO.₂ что увеличило атмосферный CO₂ уровни. С другой стороны, те же вулканы помогли удалить этот углерод за счет быстрой реакции выветривания ».

Исследование ставит под сомнение давнюю концепцию, согласно которой стабильность климата Земли на протяжении десятков и сотен миллионов лет отражает баланс между выветриванием морского дна и континентальных недр. «Идея такого геологического перетягивания каната между сушей и морским дном как доминирующей движущей силы выветривания земной поверхности не подтверждается данными», — заявляет д-р Гернон.

Современный континентальный дуговый вулкан на полуострове Камчатка, Дальний Восток России. Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

«К сожалению, результаты не означают, что природа спасет нас от изменения климата», — подчеркивает д-р Гернон. «Сегодня атмосферный CO₂ уровни выше, чем когда-либо за последние 3 миллиона лет, а антропогенные выбросы примерно в 150 раз больше, чем вулканический CO.₂ выбросы. Континентальные дуги, которые, кажется, спасли планету в далеком прошлом, просто не представлены в масштабе, необходимом, чтобы помочь противодействовать сегодняшнему CO.₂ выбросы ».

Но выводы команды по-прежнему дают критическое представление о том, как общество может справиться с текущим климатическим кризисом. Искусственно усиленное выветривание горных пород — когда породы измельчаются и рассыпаются по суше для ускорения скорости химических реакций — может сыграть ключевую роль в безопасном удалении CO.₂ из атмосферы. Выводы команды показывают, что такие схемы могут быть оптимально развернуты с использованием известково-щелочных вулканических материалов (содержащих кальций, калий и натрий), подобных тем, которые встречаются в средах континентальной дуги.

В течение последних 400 миллионов лет в глобальном химическом выветривании преобладали вулканические дуги (на фото: река, истощающая вулкан Бакенинг, полуостров Камчатка, Россия). Предоставлено: Том Гернон, Саутгемптонский университет.

«Это ни в коем случае не панацея от климатического кризиса — нам срочно необходимо сократить выбросы CO.₂ выбросы в соответствии с путями смягчения последствий МГЭИК, точка. Наша оценка обратной связи по выветриванию в течение длительного периода времени может помочь в разработке и оценке крупномасштабных усовершенствованных схем выветривания, что является лишь одним из шагов, необходимых для противодействия глобальному изменению климата », — заключает д-р Гернон.