Огромные запасы углерода обнаружили ученые в горных породах

Недавнее исследование, проведенное Оксфордским университетом, подвергло сомнению предположение о том, что естественное выветривание горных пород действует как поглотитель CO2, представив вместо этого доказательства того, что оно может также быть значительным источником CO2, конкурируя с вулканическими выбросами. Опубликованные результаты имеют огромное значение для моделирования сценариев изменения климата.

Горные породы содержат огромные запасы углерода, оставшиеся с древних остатков растений и животных, существовавших миллионы лет назад. Это подразумевает, что "геологический углеродный цикл" действует как своего рода термостат, помогая регулировать температуру нашей планеты. Например, в процессе химического выветривания горных пород, определенные минералы могут поглощать CO2, когда они подвергаются воздействию слабой кислоты, содержащейся в дождевой воде. Этот процесс помогает компенсировать постоянные выбросы CO2 вулканами по всему миру и является частью естественного углеродного цикла Земли, который сохранял пригодные для жизни условия на поверхности нашей планеты в течение миллиарда лет и более.

Однако это новое исследование впервые измерило дополнительный естественный процесс выброса CO2 из горных пород в атмосферу, и оно оказалось таким же важным, как и CO2, выбрасываемый вулканами по всему миру. В настоящее время этот процесс не учитывается в большинстве моделей естественного углеродного цикла.

Этот процесс происходит, когда породы, сформированные на дне древних морей (где растения и животные были закопаны в отложениях), поднимаются обратно на поверхность Земли, например, когда формируются горные хребты, такие как Гималаи или Анды. В результате органический углерод в горных породах подвергается действию кислорода из воздуха и воды, что может привести к выбросу CO2. Это означает, что породы выветривания могут быть источником CO2, а не только его поглотителем, как ранее думалось.

Ранее измерение выбросов CO2, вызванных выветриванием органического углерода в горных породах, было сложной задачей. В этом новом исследовании ученые использовали индикаторный элемент, рений, который высвобождается в воду при реакции органического углерода из горных пород с кислородом. Сбор проб речной воды для измерения уровня рения позволил количественно оценить выбросы CO2.

Для масштабирования этих процессов на поверхности Земли исследователи определили, сколько органического углерода присутствует в породах на поверхности и где происходит наиболее интенсивное выветривание, как результат эрозии на крутых горных склонах.

"Затем задача заключалась в объединении этих глобальных карт с данными о реках, учитывая неопределенности. Мы использовали суперкомпьютер в Оксфорде, чтобы моделировать сложное взаимодействие физических, химических и гидрологических процессов, чтобы объединить эту огромную планетарную головоломку и, наконец, оценить общее количество углерода, выбрасываемого в результате выветривания пород и выделения древнего углерода в атмосферу", — Доктор Джесси Зондерван, руководил исследованием на факультете наук о Земле Оксфордского университета.

Таким образом, можно было бы сравнить это с тем, сколько CO2 может быть поглощено естественным выветриванием силикатных минералов. Результаты показали, что существует множество территорий, где выветривание является источником CO2, что меняет представление о том, как выветривание влияет на углеродный цикл. Горячие точки выброса CO2 оказались сосредоточены в горных хребтах с высокими скоростями поднятия, где осадочные породы становятся доступными, такие как восточные Гималаи, Скалистые горы и Анды. Общий выброс CO2 в результате выветривания горных органических пород составил 68 мегатонн углерода в год.

"Это примерно в 100 раз меньше, чем современные выбросы CO2 от сжигания ископаемых топлив. Это также сравнимо с выбросами CO2 вулканами по всему миру, что делает этот процесс ключевым элементом в естественном углеродном цикле Земли", — сказал профессор Роберт Хилтон, возглавляющий исследовательский проект ROC-CO2, который финансировал это исследование.

Эти потоки могли изменяться в прошлом и влиять на климат на Земле. Например, в периоды горообразования, при которых поднимается множество пород, содержащих органический углерод, выбросы CO2 могли быть выше, оказывая воздействие на глобальный климат.

Текущая и будущая работа будет посвящена изучению того, как изменения в эрозии, вызванные деятельностью человека, а также усиление потепления горных пород из-за антропогенных изменений климата, могут увеличить эту естественную утечку углерода.

"В настоящее время мы не знаем — наши методы позволяют нам предоставить надежную глобальную оценку, но еще не дать точного прогноза о том, как это может измениться", — отмечает Хилтон.

Вопрос, который сейчас стоит перед исследователями, заключается в том, увеличится ли естественное выделение CO2 в течение следующего столетия.

"Несмотря на то что выбросы углекислого газа, вызываемые выветриванием горных пород, невелики по сравнению с современными выбросами от человеческой деятельности, лучшее понимание этих естественных процессов поможет нам лучше прогнозировать наш углеродный баланс", — заключил доктор Зондерван.