Studiowanie skały jest jak czytanie książki. Skała ma swoją historię do opowiedzenia, mówi Frieder Klein, naukowiec z Wydziału Chemii i Geochemii Morza w Instytucie Oceanograficznym Woods Hole (WHOI).
Skały, które Klein i jego współpracownicy analizowali z zanurzonych zboczy archipelagu św. Piotra i Pawła w oceanicznym uskoku transformacyjnym św. Pawła, około 500 km od wybrzeży Brazylii, opowiadają fascynującą i nieznaną wcześniej historię o częściach geologiczny obieg węgla.
Uskoki transformacyjne, w których płyty tektoniczne przemieszczają się obok siebie, są jedną z trzech głównych granic płyt na Ziemi i mają na całym świecie około 48 000 km długości, a pozostałe to globalny system grzbietów śródoceanicznych (około 65 000 km) i strefy subdukcji (około 55 000 km). km).
Obieg węgla w grzbietach śródoceanicznych i strefach subdukcji bada się od dziesięcioleci. Z drugiej strony naukowcy zwracali stosunkowo niewielką uwagę na CO2 w błędach transformacji oceanicznej. „Uskoki transformacji” przez dłuższy czas uważano za miejsca „nieco nudne” ze względu na niską aktywność magmową, mówi Klein. „Teraz ustaliliśmy, że skały płaszcza odsłonięte wzdłuż uskoków przekształcających ocean stanowią potencjalnie ogromny pochłaniacz CO.” – mówi. Częściowe stopienie płaszcza powoduje uwolnienie CO2, który zostaje porwany przez płyn hydrotermalny, reaguje z płaszczem bliżej dna morskiego i jest tam wychwytywany. Jest to część geologicznego obiegu węgla, która nie była wcześniej znana” – mówi Klein, główny autor nowego badania w czasopiśmie „Mineral Carbonation of Peridotite Fueled by Magmatic Degassing and Melt Impregnation in an Oceanic Transform Fault”, opublikowanego w czasopiśmie Proceedings of the Narodowa Akademia Nauk (PNAS). Ponieważ we wcześniejszych szacunkach globalnych strumieni geologicznych CO2 nie uwzględniono błędów transformacji, transfer masy magmowego CO2 do zmienionego płaszcza oceanicznego i wody morskiej może być większy, niż wcześniej sądzono.
„Ilość CO2 emitowanego w miejscach uszkodzeń transformacji jest znikoma w porównaniu z ilością CO2 antropogenicznego – czyli wytwarzanego przez człowieka” – mówi Klein. „Jednak w geologicznej skali czasu i zanim ludzkość wyemitowała tak dużo CO2, emisje geologiczne z płaszcza Ziemi – w tym pochodzące z uskoków transformacji – były główną siłą napędową klimatu Ziemi”.
Jak stwierdzono w artykule, „szacuje się, że globalne antropogeniczne emisje CO2 są rzędu 36 gigaton (Gt) rocznie, co znacznie przewyższa szacunki średnich emisji geologicznych (0,26 Gt rocznie) do atmosfery i hydrosfery. Jednak w geologicznych skalach czasowych emisje CO2 pochodzące z płaszcza Ziemi odegrały kluczową rolę w regulacji klimatu Ziemi i warunków do zamieszkania, a także C [carbon]-koncentracja w zbiornikach powierzchniowych, w tym w oceanach, atmosferze i litosferze.” Klein dodaje, że „następuje to oczywiście przed antropogenicznym spalaniem paliw kopalnych”.
„Aby w pełni zrozumieć współczesne zmiany klimatyczne spowodowane przez człowieka, musimy zrozumieć naturalne wahania klimatu w głębokiej przeszłości Ziemi, które są powiązane z zakłóceniami w naturalnym obiegu węgla na Ziemi. Nasza praca dostarcza wglądu w długoterminowe przepływy węgla pomiędzy płaszczem Ziemi oraz układ ocean/atmosfera” – mówi współautor Tim Schroeder, członek wydziału w Bennington College w stanie Vermont. „Duże zmiany w strumieniach węgla na przestrzeni milionów lat spowodowały, że klimat Ziemi stał się znacznie cieplejszy lub zimniejszy niż obecnie”.
Aby lepiej zrozumieć obieg węgla pomiędzy płaszczem Ziemi a oceanem, Klein, Schroeder i współpracownicy zbadali powstawanie steatytu „i innych skupisk zawierających magnezyt podczas mineralnej karbonatacji perydotytu płaszcza” w uskoku transformacji św. Pawła – zauważa gazeta. „Napędzany magmatyzmem w strefie korzenia uskoku transformacyjnego lub poniżej niego i następującym po nim odgazowaniem, uskok stanowi kanał dla płynów hydrotermalnych bogatych w CO2, podczas gdy karbonatyzacja perydotytu stanowi potencjalnie ogromny pochłaniacz emitowanego CO2”.
Naukowcy argumentują w artykule, że „połączenie niewielkiego stopnia topnienia, w wyniku którego powstają wytopy wzbogacone w niezgodne pierwiastki, substancje lotne, a zwłaszcza CO2, z obecnością perydotytu w uskokach transformacji oceanicznej stwarza warunki sprzyjające intensywnemu karbonatyzacji minerałów”.
Skały zebrano pojazdami z ludźmi podczas rejsu w ten obszar w 2017 roku.
Znalezienie i analiza tych skał „była spełnieniem marzeń. Przewidywaliśmy obecność zmienionych węglanowo skał płaszcza oceanicznego 12 lat temu, ale nigdzie nie mogliśmy ich znaleźć” – mówi Klein. „Udaliśmy się na archipelag w celu zbadania niskotemperaturowej aktywności hydrotermalnej i niestety nie udało nam się znaleźć tam żadnej takiej aktywności. To niewiarygodne, że udało nam się znaleźć te skały w uskoku transformacyjnym, ponieważ znaleźliśmy je przez przypadek, szukając na coś innego.”
Fundusze na te badania zapewniły Inicjatywa Oceaniczna Dalio, Niezależny Program Badań i Rozwoju przy WHOI oraz Narodowa Fundacja Nauki.