Новое исследование, проведенное Оксфордским университетом, опровергло мнение о том, что естественное выветривание горных пород действует как поглотитель CO 2 , указав вместо этого, что оно также может выступать в качестве крупного источника CO 2 , конкурируя с вулканами. Результаты, опубликованные сегодня в журнале Nature, имеют важное значение для моделирования сценариев изменения климата.
Горные породы содержат огромные запасы углерода в древних остатках растений и животных, живших миллионы лет назад. Это означает, что «геологический углеродный цикл» действует как термостат, который помогает регулировать температуру Земли.
Например, во время химического выветривания горные породы могут поглощать CO2 , когда определенные минералы подвергаются воздействию слабой кислоты, содержащейся в дождевой воде. Этот процесс помогает противодействовать непрерывному выбросу CO 2 вулканами по всему миру и является частью естественного углеродного цикла Земли, который помог сохранить поверхность пригодной для жизни в течение миллиарда или более лет.
Однако в этом новом исследовании впервые был измерен дополнительный естественный процесс выброса CO 2 из горных пород в атмосферу, обнаруживший, что он столь же важен, как и CO 2 , выделяемый вулканами по всему миру. В настоящее время этот процесс не включен в большинство моделей природного углеродного цикла.
Этот процесс происходит, когда породы, образовавшиеся на древнем морском дне (где растения и животные были погребены в отложениях), выталкиваются обратно на поверхность Земли, например, когда образуются такие горы, как Гималаи или Анды. В результате органический углерод в горных породах подвергается воздействию кислорода воздуха и воды, который может вступить в реакцию с выделением CO 2 . Это означает, что породы выветривания могут быть источником CO 2 , а не его обычно предполагаемым поглотителем.
До сих пор измерение выброса CO 2 в результате выветривания органического углерода в горных породах было затруднительным. В новом исследовании ученые использовали индикаторный элемент (рений), который высвобождается в воду, когда органический углерод горной породы реагирует с кислородом. Отбор проб речной воды для измерения уровня рения позволяет количественно оценить выбросы CO 2 . Однако отбор проб всей речной воды в мире для получения глобальной оценки будет серьезной проблемой.
Чтобы масштабировать поверхность Земли, исследователи сделали две вещи. Во-первых, они выяснили, сколько органического углерода присутствует в породах у поверхности. Во-вторых, они выяснили, где они подвергаются наиболее быстрому воздействию – в результате эрозии на крутых горных склонах.
Доктор Джесси Зондерван, исследователь, который руководил исследованием на факультете наук о Земле Оксфордского университета, сказал: «Тогда задача заключалась в том, как объединить эти глобальные карты с данными о реках, принимая во внимание неопределенности. Мы предоставили все наши данные в суперкомпьютер в Оксфорде, моделирующий сложное взаимодействие физических, химических и гидрологических процессов. Собрав воедино эту огромную планетарную головоломку, мы могли бы, наконец, оценить общее количество углекислого газа, выделяемого в результате выветривания этих горных пород и выдыхания своего древнего углерода в воздух».
Тогда это можно было бы сравнить с тем, сколько CO 2 может быть поглощено естественным выветриванием силикатных минералов. Результаты выявили множество крупных территорий, где выветривание было источником CO 2 , что поставило под сомнение нынешнее представление о том, как выветривание влияет на углеродный цикл.
Горячие точки выброса CO 2 были сконцентрированы в горных хребтах с высокими скоростями подъема, из-за которых обнажаются осадочные породы, например, в восточных Гималаях, Скалистых горах и Андах. Было обнаружено , что глобальные выбросы CO 2 в результате выветривания горного органического углерода составляют 68 мегатонн углерода в год.
Профессор Роберт Хилтон (факультет наук о Земле Оксфордского университета), возглавляющий исследовательский проект ROC-CO 2 , поддержавший исследование, сказал: «Это примерно в 100 раз меньше, чем современные выбросы CO 2 человеком в результате сжигания ископаемого топлива, но это похоже на то, сколько CO 2 выделяется вулканами по всему миру, а это означает, что он является ключевым игроком в естественном углеродном цикле Земли».
Эти потоки могли измениться в прошлом Земли. Например, в периоды горообразования, в результате которого поднимается множество пород, содержащих органическое вещество, выбросы CO 2 могли быть выше, что влияло на глобальный климат в прошлом.
Текущая и будущая работа направлена на изучение того, как изменения в эрозии, вызванные деятельностью человека, наряду с усилением потепления горных пород из-за антропогенных изменений климата, могут увеличить эту естественную утечку углерода. Вопрос, который сейчас задает команда, заключается в том, увеличится ли естественное выделение CO 2 в течение следующего столетия. «В настоящее время мы не знаем — наши методы позволяют нам предоставить надежную глобальную оценку, но еще не оценить, как она может измениться», — говорит Хилтон.
«Хотя выбросы углекислого газа в результате выветривания горных пород невелики по сравнению с современными выбросами человека, лучшее понимание этих естественных потоков поможет нам лучше прогнозировать наш углеродный баланс», — заключил доктор Зондерван.
