Naukowcy z Oksfordu odkryli, że rosnące temperatury w Arktyce przyspieszą wietrzenie skał, uwalniając więcej CO2 i przyczynianie się do zmian klimatycznych. Z ich badania wynika, że CO2 emisje z dorzecza rzeki Mackenzie mogą się podwoić do roku 2100, co podkreśla znaczenie uwzględnienia wietrzenia siarczkowego w modelach klimatycznych.
Naukowcy z Uniwersytet OksfordzkiWydział Nauk o Ziemi wykazał, że rosnące temperatury przyspieszą wietrzenie skał w kanadyjskiej Arktyce, tworząc pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego, która spowoduje uwolnienie rosnących ilości CO2 do atmosfery. Badanie zostało opublikowane w Postęp nauki.
W przypadku wrażliwych regionów, takich jak Arktyka, gdzie temperatury powietrza na powierzchni ocieplają się prawie cztery razy szybciej niż średnia światowaszczególnie istotne jest zrozumienie potencjalnego udziału atmosferycznego CO2 od wietrzenia. Jedna ze ścieżek zachodzi, gdy określone minerały i skały reagują z tlenem w atmosferze, uwalniając CO2 poprzez szereg reakcji chemicznych. Na przykład wietrzenie minerałów siarczkowych (np. „złota głupców”) kwas co powoduje CO2 do uwolnienia z innych minerałów skalnych znajdujących się w pobliżu. W wiecznej zmarzlinie Arktyki minerały te są odsłonięte, gdy gleba topnieje w wyniku rosnących temperatur, co może działać jak pętla dodatniego sprzężenia zwrotnego przyspieszająca zmianę klimatu.
Badania w dorzeczu rzeki Mackenzie
Jednak do tej pory w dużej mierze nie było wiadomo, jak ta reakcja zareaguje na zmianę temperatury i ile dodatkowego CO2 można było zwolnić.
W tym nowym badaniu naukowcy wykorzystali zapisy dotyczące siarczanu (SO42-) stężenie i temperatura z 23 miejsc w dorzeczu rzeki Mackenzie*, największego systemu rzecznego w Kanadzie, w celu zbadania wrażliwości procesu wietrzenia na rosnące temperatury. Siarczany, takie jak CO2jest produktem wietrzenia siarczkowego i można go wykorzystać do śledzenia szybkości przebiegu tego procesu.
Wyniki wykazały, że w całej zlewni stężenie siarczanów szybko rosło wraz z temperaturą. W ciągu ostatnich 60 lat (od 1960 do 2020 r.) wietrzenie siarczkowe wzrosło o 45% przy wzroście temperatury o 2,3oC. To podkreśla, że CO2 uwalniane przez warunki atmosferyczne mogą wywołać pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego, która przyspieszy ocieplenie w regionach arktycznych.
Wykorzystując wcześniejsze dane dotyczące rzek, naukowcy przewidzieli, że CO2 uwalniane z dorzecza rzeki Mackenzie mogą się podwoić do 3 miliardów kg/rok do 2100 r. przy założeniu umiarkowanego scenariusza emisji. Zmiana ta byłaby równa około połowie całkowitych rocznych emisji z krajowego sektora lotnictwa w Kanadzie w typowym roku.
Główna autorka, dr Ella Walsh (Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Oksfordzkiego w momencie przeprowadzania badania) powiedziała: „Widzimy dramatyczny wzrost utleniania siarczków w całym obszarze Mackenzie przy nawet umiarkowanym ociepleniu. Do tej pory wrażliwość temperaturowa CO2 uwalnianie się ze skał siarczkowych i jego główne czynniki były nieznane na dużych obszarach i w skalach czasowych”.
Różnice wrażliwości w krajobrazach arktycznych
Nie wszystkie części zlewni rzeki zareagowały w ten sam sposób. Pogoda była znacznie bardziej wrażliwa na temperaturę na skalistych obszarach górskich i tych pokrytych wieczną zmarzliną. Modelując proces, naukowcy odkryli, że wietrzenie siarczków zostało dodatkowo przyspieszone przez procesy, które rozbijają skały w miarę ich zamarzania i rozpadu.
Z drugiej strony obszary pokryte torfowiskami wykazywały mniejszy wzrost utleniania siarczków wraz z ociepleniem, ponieważ torf chroni podłoże skalne przed tym procesem.
Współautor, profesor Bob Hilton (Wydział Nauk o Ziemi Uniwersytetu Oksfordzkiego) powiedział: „Przyszłe ocieplenie rozległych krajobrazów Arktyki może jeszcze bardziej zwiększyć tempo utleniania siarczków i wpłynąć na regionalne budżety związane z cyklem węglowym. Teraz, gdy już to odkryliśmy, pracujemy nad zrozumieniem, w jaki sposób można spowolnić te reakcje i wydaje się, że tworzenie torfowisk mogłoby pomóc w obniżeniu procesu utleniania siarczków”.
W Arktyce istnieje wiele podobnych środowisk, w których połączenie rodzajów skał, duży udział odsłoniętego podłoża skalnego i rozległe obszary trwale zamarzniętego gruntu tworzą warunki, w których ocieplenie spowoduje szybki wzrost wietrzenia siarczkowego. W rezultacie jest niezwykle prawdopodobne, że efekt ten nie ogranicza się do dorzecza rzeki Mackenzie.
Według naukowców badanie podkreśla wartość uwzględnienia starzenia się siarczków w wielkoskalowych modelach emisji, które są niezwykle przydatne w przewidywaniu zmian klimatycznych.
Odniesienie: „Wrażliwość temperaturowa mineralnej wiecznej zmarzliny w skali kontynentalnej” autorstwa Elli V. Walsh, Roberta G. Hiltona, Suzanne E. Tank i Edwina Amosa, 9 października 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adq4893
*Rejestru zostały dostarczone przez Environment Canada w ramach krajowego długoterminowego programu monitorowania jakości wody. Stężenia siarczanów mierzono za pomocą chromatografii jonowej, podczas której próbki cieczy przepuszczano przez kolumnę wypełnioną żywicą, która przyciąga określone jony na podstawie ich ładunku.
