Geolodzy odkryli, że starożytne wulkany emitowały dwutlenek węgla przez miliony lat poza okresem swojej aktywności, znacząco przyczyniając się do historycznych zjawisk globalnego ocieplenia.
Odkrycie to oferuje nowy wgląd w reakcję klimatu Ziemi na przedłużającą się emisję gazów cieplarnianych i sugeruje potencjał poprawy sytuacji, jeśli emisje powodowane przez człowieka zostaną ograniczone.
Odkrywanie tajemnic starożytnych wulkanów
Międzynarodowy zespół geologów, kierowany przez wulkanologa z Rutgers University w Nowym Brunszwiku, odkrył, że starożytne wulkany nadal uwalniały dwutlenek węgla z głębi Ziemi do atmosfery długo po zakończeniu erupcji – wbrew wcześniejszemu przekonaniu naukowemu.
Odkrycie to pomaga rozwiązać długotrwałą zagadkę dotyczącą przyczyn przedłużających się epizodów ocieplenia w kluczowych momentach historii klimatu Ziemi. Wyniki badań zostały opublikowane dzisiaj (30 października) w najnowszym numerze miesięcznika Nauka o przyrodzie.
„Nasze odkrycia są ważne, ponieważ identyfikują ukryte źródło CO2 do atmosfery w momentach w przeszłości Ziemi, kiedy klimat gwałtownie się ocieplił i pozostawał ciepły znacznie dłużej, niż się spodziewaliśmy” – powiedział Benjamin Black, który kierował badaniami i jest profesorem nadzwyczajnym w Wydział Nauk o Ziemi i Planetach w Wyższej Szkole Sztuki i Nauki. „Uważamy, że odkryliśmy ważny element układanki dotyczącej tego, w jaki sposób klimat Ziemi został zakłócony i, co równie ważne, jak się poprawił”.
Konsekwencje dla naprawy klimatu Ziemi
Obecnie ludzie uwalniają znacznie więcej dwutlenku węgla niż wszystkie aktywne wulkany razem wzięte, ale nowe odkrycia mogą rzucić światło na to, jak klimat planety ulegnie poprawie, jeśli i kiedy emisje dwutlenku węgla przez człowieka zmniejszą się. „Ziemia ma naturalne systemy kontroli klimatu – coś w rodzaju termostatu w twoim domu” – powiedział Black. „Pytanie brzmi: czy istnieją progi, powyżej których systemy kontroli klimatu zaczynają się psuć, co znacznie utrudnia przywrócenie klimatu?”
Przez dziesięciolecia naukowców wprawiały w zakłopotanie dane klimatyczne pokazujące, że ziemska atmosfera nie odbudowała się tak szybko, jak oczekiwano, po tak zwanym masowym wymieraniu pod koniec permu 252 miliony lat temu – najpoważniejszym znanym spadku różnorodności biologicznej na Ziemi Ziemia. Masowe wymieranie zostało powiązane z ogromnymi erupcjami wulkanów na Syberii. Nawet po ustaniu erupcji klimat Ziemi stabilizował się przez prawie 5 milionów lat.
„To opóźnione ożywienie od dawna intryguje naukowców. Wydaje się, że naturalny termostat Ziemi zwariował podczas tego zdarzenia i po nim” – stwierdził Black. „Zauważyliśmy, że podobny wzór wydawał się występować w wielu innych okresach w historii Ziemi w związku z masowym wulkanizmem i postanowiliśmy zrozumieć, dlaczego”.
Odkrywanie tajemniczych źródeł węgla
Black i jego międzynarodowy zespół współpracowników cofnęli się w czasie i znaleźli dowody na emisję dwutlenku węgla z tego typu prowincji wulkanicznych, która może trwać miliony lat po zakończeniu większości erupcji powierzchniowych. Dokonali tego, kompilując analizy chemiczne law, opracowując modele komputerowe symulujące topnienie wewnątrz Ziemi i porównując wyniki z zapisami dotyczącymi dawnego klimatu zachowanymi w skałach osadowych.
Analizy wykazały, że ogromne starożytne prowincje wulkaniczne powoli wygasały. Na powierzchni erupcje mogły ustać, ale głęboko w skorupie i płaszczu magma nadal uwalniała dwutlenek węgla, co prowadziło do długotrwałego ocieplenia klimatu.
„Nazywamy ten CO2 z podpowierzchniowej magmy „kryptycznym węglem”, ponieważ pochodzi z magm czających się głęboko w układzie” – powiedział Black. „To tak, jakby wulkany uwalniały węgiel spoza grobu”.
Black powiedział, że ustalenia nowego badania są znaczące, ponieważ identyfikują ukryte źródło atmosferycznego dwutlenku węgla w momentach, gdy klimat gwałtownie się ociepla. Jeśli wulkany nadal „podnosiłyby temperaturę”, może to oznaczać, że ziemski termostat może działać lepiej, niż sądzili naukowcy.
„Jeśli to prawda, może to być dobra wiadomość dla odbudowy Ziemi po ociepleniu klimatu spowodowanym przez człowieka” – powiedział Black. „Oznacza to, że jeśli przestaniemy zwiększać temperaturę termostatu, w geologicznej skali czasu obejmującej setki tysięcy do milionów lat, klimat będzie mógł się odzyskać”.
Black podkreślił, że tajemniczy węgiel pochodzący z wulkanów nie może wyjaśnić współczesnych zmian klimatycznych. „Typ wulkanizmu, który badamy, jest rzadki i zdolny do wytworzenia wystarczającej ilości magmy, aby pokryć lawą kontynentalne Stany Zjednoczone na głębokość pół kilometra” – powiedział Black. „Tego rodzaju wulkanizm nie miał miejsca od 16 milionów lat. Cały wulkanizm mający obecnie miejsce na planecie uwalnia mniej niż jeden procent dwutlenku węgla w stosunku do działalności człowieka”.
Naukowcy wciąż mają jednak nadzieję, że wyciągną wnioski z przeszłych erupcji na temat obecnego i przyszłego klimatu. „Te starożytne erupcje wydają się być jednymi z niewielu wydarzeń w historii Ziemi, które powodują uwolnienie węgla na taką samą skalę, jak robią to dzisiaj ludzie” – powiedział Black. „Badając zatem te erupcje w odległej przeszłości, możemy dowiedzieć się więcej o tym, jak systemy klimatyczne Ziemi reagują na masowe uwalnianie węgla do atmosfery”.
Spostrzeżenia i przyszłe kierunki badań
Odkrycia te to dopiero początek wieloletnich wysiłków finansowanych przez Narodową Fundację Nauki, których celem jest zbadanie, w jaki sposób tajemniczy węgiel może wpłynąć na regenerację po poważnych zakłóceniach klimatu Ziemi. Tego lata zespół udał się do północno-wschodniego Oregonu, gdzie masowy wulkanizm powiązano z ociepleniem klimatu 16 milionów lat temu. Naukowcy wycelowali w Góry Wallowa, które są usiane ogromnymi warstwami płaskich wałów magmowych, powstałych, gdy stopiona skała wpadała w pęknięcia i krzepła. Z powodu erozji obszar znany jako „Alpy Oregonu” odsłania skały, które niegdyś tworzyły magmę głęboko w Ziemi.
Członkowie zespołu, w tym Black, współpracownicy i absolwenci z Rutgers i innych uniwersytetów będących częścią zespołu finansowanego przez National Science Foundation, wspięli się na góry o wysokości od 5000 do 9000 stóp i pobrali próbki przypominającego szkło materiału na krawędziach z grobli. Powstały one, gdy magma zetknęła się z zimniejszymi otaczającymi skałami. W swoich laboratoriach naukowcy szukają w szklistych skałach dowodów na starożytną emisję dwutlenku węgla i innych gazów.
Odniesienie: „Zagadkowe odgazowanie i przedłużający się klimat cieplarniany po powodziach związanych z bazaltem” 30 października 2024 r., Nature Geoscience.
DOI: 10.1038/s41561-024-01574-3
Inni naukowcy biorący udział w badaniu to: Leif Karlstrom z Uniwersytet Oregonu; Benjamin Mills z Uniwersytetu w Leeds, Leeds, Wielka Brytania; Tamsin Mather, Uniwersytet OksfordzkiOksford, Wielka Brytania; Maxwell Rudolph, Uniwersytet Kalifornijski w Davis; Jack Longman, Uniwersytet Northumbria, Newcastle Upon Tyne, Wielka Brytania; oraz Andrew Merdith z Uniwersytetu w Adelajdzie w Adelajdzie w Australii.
