Земные недра поглощают больше углерода, чем предполагалось

Они обнаружили, что углерод, втянутый внутрь Земли в зонах субдукции, где тектонические плиты сталкиваются и погружаются в недра Земли, имеет тенденцию оставаться запертым на глубине, а не всплывать на поверхность в виде вулканических выбросов.

Вулкан Павлов, Аляска. 

Их выводы, опубликованные в Nature Communications, предполагают, что только около трети углерода, рециркулируемого под вулканическими цепями, возвращается на поверхность посредством рециклинга, в отличие от предыдущих теорий, согласно которым то, что идет вниз, в основном возвращается обратно.

Одно из решений по борьбе с изменением климата – найти способы уменьшить количество CO.₂ в атмосфере Земли. Изучая, как углерод ведет себя в глубинах Земли, где находится большая часть углерода нашей планеты, ученые могут лучше понять весь жизненный цикл углерода на Земле и то, как он течет между атмосферой, океанами и жизнью на поверхности.

Наиболее изученные части углеродного цикла находятся на поверхности Земли или вблизи нее, но глубокие запасы углерода играют ключевую роль в поддержании пригодности для обитания на нашей планете, регулируя содержание CO в атмосфере.₂ уровни.

«В настоящее время мы относительно хорошо понимаем поверхностные резервуары углерода и потоки между ними, но гораздо меньше знаем о внутренних запасах углерода Земли, которые производят цикл углерода в течение миллионов лет», – сказал ведущий автор Стефан Фарсанг, проводивший исследование в то время доктор философии студентка Кембриджского отделения наук о Земле.

Есть несколько способов выброса углерода обратно в атмосферу (в виде CO₂), но есть только один путь, по которому он может вернуться внутрь Земли: через субдукцию плит.

Здесь поверхностный углерод, например, в форме ракушек и микроорганизмов, которые заблокировали атмосферный CO₂ в их оболочки, направляется внутрь Земли. Ученые думали, что большая часть этого углерода затем вернулась в атмосферу в виде CO.₂ через выбросы вулканов. Но новое исследование показывает, что химические реакции, происходящие в породах, поглощенных зонами субдукции, улавливают углерод и отправляют его глубже в недра Земли, останавливая его возвращение на поверхность Земли.

Команда провела серию экспериментов в Европейском центре синхротронного излучения. «ESRF располагает ведущими в мире объектами и опытом, необходимыми для получения наших результатов», – сказал соавтор Саймон Редферн, декан Колледжа наук в NTU Singapore. , «Установка может измерять очень низкие концентрации этих металлов в интересующих нас условиях высокого давления и температуры». Чтобы воспроизвести высокие давления и температуры зон субдукции, они использовали нагретую «алмазную наковальню», в которой экстремальные давления достигаются путем прижатия двух крошечных алмазных наковальней к образцу.

Работа поддерживает растущие доказательства того, что карбонатные породы, которые имеют тот же химический состав, что и мел, становятся менее богатыми кальцием и более богатыми магнием, когда проникают глубже в мантию. Это химическое преобразование делает карбонат менее растворимым, то есть он не попадает в жидкости, питающие вулканы. Вместо этого большая часть карбоната погружается глубже в мантию, где в конечном итоге может стать алмазом.

«В этой области еще предстоит провести много исследований», – сказал Фарсанг. «В будущем мы стремимся уточнить наши оценки, изучая растворимость карбонатов в более широком диапазоне температур, давлений и в нескольких составах флюидов».

Полученные данные также важны для понимания роли образования карбонатов в нашей климатической системе в целом. «Наши результаты показывают, что эти минералы очень стабильны и, безусловно, могут задерживать CO.₂ из атмосферы в твердые минеральные формы, которые могут привести к отрицательным выбросам », – сказал Редферн. Команда изучает возможность использования аналогичных методов для улавливания углерода, который перемещает атмосферный CO.₂ в хранилище в скалах и океанах.

«Эти результаты также помогут нам лучше понять способы удержания углерода в твердой Земле, вне атмосферы. Если мы сможем ускорить этот процесс быстрее, чем справится с ним природа, это может оказаться одним из путей решения климатического кризиса », – сказал Редферн.