Ученые-геологи обнаружили, что древние вулканы выбрасывали углекислый газ в течение миллионов лет после прекращения своей активности, что в значительной степени способствовало историческому глобальному потеплению.
Это открытие дает новое представление о том, как климат Земли реагировал на длительные выбросы углекислого газа, и указывает на возможность восстановления, если выбросы, вызванные деятельностью человека, будут ограничены.
Разгадка тайн древних вулканов
Международная группа геологов под руководством вулканолога из Университета Ратгерса в Нью-Брансуике обнаружила, что древние вулканы продолжали выбрасывать углекислый газ в атмосферу из глубин Земли еще долгое время после окончания своих извержений - вопреки прежним научным представлениям.
Это открытие помогает решить давнюю загадку о причинах продолжительных эпизодов потепления в ключевые моменты климатической истории Земли. Результаты исследования опубликованы сегодня (30 октября) в свежем номере журнала Nature Geoscience.
«Наши выводы важны, поскольку они выявляют скрытый источник поступления CO2 в атмосферу в те моменты прошлого Земли, когда климат резко потеплел и оставался теплым гораздо дольше, чем мы ожидали», - говорит Бенджамин Блэк, руководитель исследования и доцент кафедры наук о Земле и планетах в Школе искусств и наук. «Мы считаем, что нам удалось разгадать важный фрагмент головоломки о том, как климат Земли был нарушен, и, что не менее важно, как он восстанавливался».
Последствия для восстановления климата Земли
В настоящее время человек выбрасывает в атмосферу гораздо больше углекислого газа, чем все действующие вулканы вместе взятые, но новые результаты могут пролить свет на то, как восстановится климат планеты, если и когда выбросы углекислого газа человеком уменьшатся. «У Земли есть естественные системы контроля климата - что-то вроде термостата в вашем доме», - говорит Блэк. «Вопрос в том, существуют ли пороговые значения, за которыми эти системы контроля климата начинают разрушаться, и климату становится гораздо труднее восстановиться?»
На протяжении десятилетий ученые были озадачены климатическими данными, свидетельствующими о том, что атмосфера Земли не смогла восстановиться так быстро, как ожидалось, после так называемого массового пермского вымирания 252 миллиона лет назад - самого сильного сокращения биоразнообразия, которое когда-либо происходило на Земле. Массовое вымирание связывают с мощнейшими извержениями вулканов в Сибири. Даже после прекращения извержений климат Земли стабилизировался почти five миллионов лет.
«Это затянувшееся восстановление долгое время озадачивало ученых. Похоже, что во время и после этого события естественный термостат Земли сбился с ритма», - говорит Блэк. «Мы заметили, что подобная картина наблюдалась и в другие периоды истории Земли, когда происходил мощный вулканизм, и решили понять, почему».
Обнаружение криптических источников углерода
Блэк и международная группа коллег обратились к прошлому и нашли доказательства выбросов углекислого газа из вулканических провинций такого типа, которые могли продолжаться миллионы лет после окончания большинства извержений на поверхности. Для этого они провели химический анализ лавы, разработали компьютерные модели, имитирующие плавление внутри Земли, и сравнили полученные результаты с данными о климате прошлого, сохранившимися в осадочных породах.
Анализ показал, что массивные древние вулканические провинции закрывались медленно. На поверхности извержения, возможно, и прекратились, но глубоко в коре и мантии магма продолжала выделять углекислый газ, что привело к длительному потеплению климата.
Мы называем этот CO2 из подповерхностной магмы «криптическим углеродом», потому что он поступает из магмы, скрывающейся глубоко в системе», - говорит Блэк. «Как будто вулканы высвобождают углерод из недр могилы».
По словам Блэка, результаты нового исследования очень важны, поскольку они указывают на скрытый источник атмосферного углекислого газа в моменты резкого потепления климата. Если вулканы продолжали «повышать температуру», это может означать, что термостат Земли работает лучше, чем думают ученые.
«Если это правда, то это может стать хорошей новостью для восстановления Земли после антропогенного потепления климата», - говорит Блэк. «Это означает, что если мы перестанем повышать температуру, то в геологическом масштабе от сотен тысяч до миллионов лет климат может восстановиться».
Блэк подчеркнул, что криптический углерод из вулканов не может объяснить современные изменения климата. «Тип вулканизма, который мы исследуем, является редким, он способен генерировать достаточно магмы, чтобы покрыть лавой континентальную часть США на глубину в полкилометра», - сказал Блэк. «Такого вулканизма не было уже 16 миллионов лет. Весь вулканизм, происходящий на планете сегодня, выделяет менее одного процента углекислого газа по сравнению с деятельностью человека».
Но ученые все еще надеются узнать из этих извержений о нынешнем и будущем климате. «Эти древние извержения, по-видимому, являются одними из единственных событий в истории Земли, которые высвобождают углерод в таких же масштабах, как это делает сегодня человек», - сказал Блэк. «Поэтому, изучая эти извержения в глубоком прошлом, мы сможем узнать больше о том, как климатические системы Земли реагируют на массовый выброс углерода в атмосферу».
Выводы и будущие направления исследований
Эти выводы - только начало многолетней работы, финансируемой Национальным научным фондом, по изучению того, как криптический углерод может повлиять на восстановление после серьезных нарушений климата Земли. Этим летом команда отправилась в северо-восточный Орегон, где мощный вулканизм был связан с потеплением климата sixteen миллионов лет назад. Ученые сосредоточились на горах Уоллоу, которые изрезаны огромными листами плоских магматических даек, образовавшихся, когда расплавленная порода попадала в трещины и застывала. Из-за эрозии местность, известная как «Орегонские Альпы», обнажает эти породы, которые когда-то составляли магму в глубинах Земли.
Члены группы, включая Блэка и его коллег, а также аспирантов из Рутгерса и других университетов, входящих в состав группы, финансируемой Национальным научным фондом, поднялись в горы высотой от 5000 до 9000 футов и взяли пробы стеклоподобного материала по краям даек. Они образовались, когда магма вступила в контакт с более холодными окружающими породами. Вернувшись в свои лаборатории, исследователи ищут в стеклоподобных породах свидетельства древних выбросов углекислого газа и других газов.