Наша планета переживала драматические климатические сдвиги на протяжении всей своей истории, колеблясь между замерзающими периодами «ледникового дома» и теплыми состояниями «парникового дома».
Ученые давно связывают эти климатические изменения с колебаниями уровня углекислого газа в атмосфере. Однако новое исследование показывает, что источник этого углерода и движущие силы, стоящие за ним, гораздо сложнее, чем считалось ранее.
На самом деле, то, как тектонические плиты перемещаются по поверхности Земли, играет важную, ранее недооцененную роль в климате. Углерод выделяется не только там, где плиты сталкиваются. Места, где тектонические плиты отдаляются друг от друга, также чрезвычайно важны.
Наше новое исследование, опубликованное в журнале Communications Earth & Environment, проливает свет на то, как именно тектоника плит Земли помогла сформировать глобальный климат за последние 540 миллионов лет.
Взгляд вглубь углеродного цикла
На границах, где тектонические плиты Земли сходятся, возникают цепи вулканов, известные как вулканические дуги. Плавление, связанное с этими вулканами, высвобождает углерод, который был заперт в породах в течение тысяч лет, и выносит его на поверхность Земли.
Исторически считалось, что именно эти вулканические дуги являются основными виновниками попадания углекислого газа в атмосферу.
Наши выводы бросают вызов этой точке зрения. Вместо этого мы предполагаем, что срединно-океанические хребты и континентальные рифтовые зоны — места, где тектонические плиты расходятся — играли гораздо более значительную роль в управлении углеродными циклами Земли на протяжении геологического времени.
Это происходит потому, что мировые океаны поглощают из атмосферы огромное количество углекислого газа. Большая его часть хранится в богатых углеродом породах на морском дне. За тысячи лет этот процесс может привести к образованию сотен метров углеродосодержащих отложений на дне океана.
Когда эти породы затем перемещаются по Земле, увлекаемые тектоническими плитами, они в конечном итоге могут достигнуть зон субдукции — мест, где плиты сходятся. Это высвобождает их груз углекислого газа обратно в атмосферу.
Это известно как «глубинный углеродный цикл». Чтобы отследить поток углерода между расплавленными недрами Земли, океаническими плитами и атмосферой, мы можем использовать компьютерные модели, показывающие, как тектонические плиты мигрировали в течение геологического времени.
Что мы обнаружили
Используя компьютерные модели для реконструкции того, как Земля перемещает углерод, хранящийся на тектонических плитах, мы смогли предсказать основные парниковые и ледниковые климатические периоды за последние 540 миллионов лет.
В течение парниковых периодов — когда Земля была теплее — высвобождалось больше углерода, чем захватывалось породами. Напротив, во время ледниковых периодов доминировало захоронение углерода в океанах Земли, что снижало уровень CO₂ в атмосфере и вызывало похолодание.
Одним из ключевых выводов нашего исследования является критическая роль глубоководных отложений в регулировании атмосферного углекислого газа. По мере медленного движения тектонических плит Земли они несут богатые углеродом осадки, которые в конечном итоге возвращаются в недра Земли в процессе субдукции.
Мы показываем, что этот процесс является основным фактором, определяющим, находится ли Земля в состоянии парникового или ледникового периода.
Смена парадигмы в понимании роли вулканических дуг
Исторически выбросы углерода из вулканических дуг считались одним из крупнейших источников атмосферного CO₂.
Однако этот процесс стал доминирующим лишь в последние 120 миллионов лет благодаря планктонным кальцификаторам. Эти маленькие океанические существа из семейства фитопланктона обладают главным талантом — превращать растворенный углерод в кальцит. Они ответственны за захоронение огромного количества атмосферного углерода в богатых углеродом отложениях на морском дне.
Планктонные кальцификаторы эволюционировали только около 200 миллионов лет назад и распространились в океанах мира примерно 150 миллионов лет назад. Таким образом, высокая доля углерода, извергаемого в атмосферу вдоль вулканических дуг за последние 120 миллионов лет, в основном обусловлена углеродосодержащими осадками, которые создали эти организмы.
До этого, как мы выяснили, выбросы углерода из срединно-океанических хребтов и континентальных рифтов — регионов, где плиты расходятся — фактически вносили более значительный вклад в атмосферный CO₂.
Новая перспектива для будущего
Наши открытия предлагают новый взгляд на то, как тектонические процессы Земли формировали и будут продолжать формировать наш климат.
Эти результаты свидетельствуют о том, что климат Земли обусловлен не только атмосферным углеродом. Вместо этого на него влияет сложный баланс между выбросами углерода с поверхности Земли и тем, как он захватывается в отложениях на морском дне.
Это исследование также дает важное представление для будущих климатических моделей, особенно в контексте современных опасений по поводу роста уровня CO₂.
Теперь мы знаем, что естественный углеродный цикл Земли, на который влияют движущиеся тектонические плиты под нашими ногами, играет жизненно важную роль в регулировании климата планеты.
Понимание этой перспективы в глубине времени может помочь нам лучше прогнозировать будущие климатические сценарии и текущие последствия деятельности человека.
Поделитесь в вашей соцсети👇
Ваш комментарий