Wnętrze Ziemi pochłania więcej węgla niż myśl — zatrzymując go daleko w głębinach

Naukowcy z Uniwersytetu Cambridge i NTU w Singapurze odkryli, że powolne zderzenia płyt tektonicznych wciągają do wnętrza Ziemi więcej węgla niż wcześniej sądzono.

Odkryli, że węgiel wciągany do wnętrza Ziemi w strefach subdukcji – gdzie płyty tektoniczne zderzają się i zatapiają we wnętrzu Ziemi – ma tendencję do pozostawania poza głębią, zamiast pojawiania się jako emisje wulkaniczne.

Ich odkrycia, opublikowane w Połączenia z naturąsugeruje, że około jedna trzecia węgla poddanego recyklingowi w łańcuchach wulkanicznych powraca na powierzchnię w wyniku recyklingu, w przeciwieństwie do poprzednich teorii, że to, co opada w większości, wraca na powierzchnię.

Jednym ze sposobów przeciwdziałania zmianom klimatu jest znalezienie sposobów na zmniejszenie ilości dwutlenku węgla₂ w atmosferze ziemskiej. Badając zachowanie węgla głęboko w Ziemi, który stanowi większość węgla na naszej planecie, naukowcy mogą lepiej zrozumieć cały cykl życia węgla na Ziemi oraz sposób, w jaki przepływa on między atmosferą, oceanami i życiem na powierzchni.

Najlepiej poznane części obiegu węgla znajdują się na powierzchni Ziemi lub w jej pobliżu, ale głębokie magazyny węgla odgrywają kluczową rolę w utrzymaniu zdatności do zamieszkania na naszej planecie poprzez regulację dwutlenku węgla w atmosferze.₂ poziomy. „Obecnie mamy stosunkowo dobrą wiedzę na temat powierzchniowych zbiorników węgla i przepływów między nimi, ale niewiele wiemy o wewnętrznych magazynach węgla na Ziemi, które zamieniają węgiel przez miliony lat” – powiedział główny autor badań Stefan Farsang, który prowadził badania. Doktorant na Wydziale Nauk o Ziemi Uniwersytetu Cambridge.

Istnieje wiele sposobów na uwolnienie węgla z powrotem do atmosfery (np. dwutlenek węgla)₂Ale jest tylko jedna droga, którą może powrócić do wnętrza Ziemi: poprzez subdukcję płytową. Tutaj węgiel powierzchniowy, na przykład w postaci muszelek i mikroorganizmów, które zatrzymują dwutlenek węgla w atmosferze₂ W swoich muszlach są kierowane do ziemi. Naukowcy sądzili, że znaczna część tego węgla wróciła następnie do atmosfery w postaci dwutlenku węgla₂ przez emisje z wulkanów. Jednak nowe badanie ujawnia, że ​​reakcje chemiczne w skałach pochłoniętych w strefach subdukcji wychwytują węgiel i wysyłają go głębiej do wnętrza Ziemi – uniemożliwiając jego części powrót na powierzchnię Ziemi.

Zespół przeprowadził serię eksperymentów w Europejskim Ośrodku Promieniowania Synchrotronowego, a „ESRF dysponuje wiodącymi na świecie obiektami i wiedzą, której potrzebujemy, aby uzyskać nasze wyniki” – powiedział współautor Simon Redfern, dziekan Wydziału Nauk NTU Singapur. „Ośrodek może mierzyć bardzo niskie stężenia tych metali w interesujących nas warunkach wysokiego ciśnienia i temperatury”. Aby odtworzyć wysokie ciśnienia i temperatury w obszarach erupcji, użyto gorącego „kowadła diamentowego”, w którym ekstremalne ciśnienie uzyskuje się poprzez dociśnięcie dwóch małych kowadeł diamentowych do próbki.

Praca wspiera gromadzenie dowodów na to, że skały węglanowe, które mają taki sam skład chemiczny jak kreda, stają się mniej bogate w wapń, a bardziej w magnez, gdy są kierowane głębiej w płaszcz. To przesunięcie chemiczne sprawia, że ​​węglany są mniej rozpuszczalne, co oznacza, że ​​nie są przyciągane przez płyny dostarczające wulkany. Zamiast tego większość węglanów zatapia się głęboko w płaszczu, gdzie mogą ostatecznie stać się diamentami.

„W tej dziedzinie jest jeszcze wiele badań do zrobienia” – powiedział Varsang. „W przyszłości zamierzamy poprawić nasze szacunki, badając rozpuszczalność węglanów w szerszych temperaturach, zakresach ciśnień i w wielu składach płynów”.

Odkrycia są również ważne dla ogólnego zrozumienia roli formowania się węglanów w naszym systemie klimatycznym. Nasze wyniki pokazują, że te minerały są bardzo stabilne i zdecydowanie mogą zatrzymywać CO₂ z atmosfery do stałych form mineralnych, które mogą prowadzić do negatywnych emisji” – powiedział Redfern.Zespół szukał podobnych metod do wychwytywania węgla, który przenosi dwutlenek węgla do atmosfery.₂ Przechowywany w skałach i oceanach.

Wyniki te pomogą nam również lepiej zrozumieć sposoby sekwestracji węgla w stałej Ziemi, poza atmosferą. Jeśli uda nam się przyspieszyć ten proces szybciej niż natura, może to być droga do rozwiązania kryzysu klimatycznego” – powiedział Redfern.

Odniesienie: „Głęboki cykl węglowy jest ograniczony rozpuszczalnością węglanów” Stephane Farsang, Marion Lovell, Chushuai Zhao, Mohamed Mezouar, Angelica Rosa, Remo N. Widmer, Xiaoli Feng, Jin Liu i Simon AT Redfern, 14 lipca, 2021, Połączenia z naturą.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24533-7