Если посмотреть на научные данные с информацией о содержании углекислого газа в атмосфере Земли, то можно увидеть периоды с резким увеличением и таким же резким снижением концентрации этого парникового газа.
На сегодня в атмосфере СО2 всего 0,03%. Но уровень растет, якобы от антропогенного воздействия промышленности и транспорта. Есть данные, что на 2024 год, концентрация углекислого газа в атмосфере Земли достигла 0,0427%, поэтому климат становится где-то теплее, а где-то жарче.
Но в данной статье будем обсуждать не воздействие СО2 на климат, а возможные причины, по которым происходило увеличение и снижение концентрации углекислого газа в древней атмосфере Земли.
К возрасту эпох, когда произошли изменения концентрации СО2 на графике выше, можно относиться, как к событиям, но датировки, разумеется, могут быть условные. И если увеличение концентрации можно связать с масштабными выбросами газов из какого-то мощного извержения вулкана или одновременно из множества вулканов, то как быть с резким падением концентрации СО2?
График изменения концентрации СО2 за прошедшие 800 тыс. лет ученые представляют так:
Как видно, с момента окончания последней ледниковой эпохи уже нет таких скачков, резких взлетов и снижений концентрации СО2 в атмосфере.
Рассмотрим несколько предположений, версий или гипотез с причинами таких изменений. Кстати, научной гипотезой можно назвать любую версию, которую можно доказать или опровергнуть фактами. Непроверяемые и недоказуемые версии таковыми и остаются.
1. Падение давления и плотности атмосферы
Резкое снижение концентрации углекислого газа в атмосфере могло происходить при снижении давления атмосферы. А снижение давления могло произойти, например, после падения крупного астероида. Когда в космос выбрасывалась большая часть воздуха.
Кстати, резкое наступление холода и заморозка мамонтов и другой мегафауны в арктических широтах могло происходить по этой причине – резко упало давление. А при резком расширении газа он охлаждается. Это закон Бойля-Мариотта из физики: при постоянной температуре и массе газа произведение его давления и объёма постоянно. Меняется давление и объем – меняется и температура.
Объем атмосферы мог увеличиться и при расширении Земли.
Эта версия в глазах ученых выглядит фантастической выдумкой, но именно эта модель объясняет многие противоречия, в том числе и молодую океаническую кору и совпадение контуров континентов.
Не исключено, что процесс был циклический. Во времена динозавров была более плотная атмосфера с высокой концентрацией СО2. Это приводило к бурному росту растительности и увеличенному размеру тел у представителей фауны. Механизм обсуждали в этой статье:
При расширении Земли случались и выходы СО2 из недр, дегазация через вулканы и разломы, концентрация при этом росла. Это мы видим на пиках этих значений в графиках. Но резкое расширение Земли и такое же резкое падение давления привели к вымиранию мегафауны.
2. Бурный рост растительности с поглощением СО2
Не будем подробно рассматривать традиционную модель, объясняющая колебания СО2 в древней атмосфере. Это бурный рост растительности, приводящий к снижению концентрации углекислого газа. А увеличение концентрации – это следствие деятельности вулканов, выбрасывающие миллионы тонн различных газов.
Оказывается, существует еще один механизм поглощения углекислого газа из атмосферы. Из картинки выше видно, что здесь задействован известняк и вода мирового океана.
3. Поглощение СО2 вышедшими на поверхность жидкими породами и водой мирового океана
Далеко не все знают, что углекислый газ активно поглощается водой морей и океанов. СО2 растворяясь в воде, превращается у угольную кислоту. Конечно, этот процесс не такой активный, иначе вода в озерах и морях была бы кислотной.
Ученые предполагают, что активный процесс поглощения углекислого газа из атмосферы начался в период появления воды на поверхности Земли. А перед этим, парциальное давление СО2 стремительно росло. Наглядно это показано на графиках:
Если бы не вода, то атмосфера Земли походила бы на атмосферу Венеры, где содержание углекислого газа составляет 96,5%, а атмосферное давление составляет 9,3 МПа (93 бар), в 92 раза выше земного.
Скорее всего, Венера – это Земля на ранних стадиях геологического развития. Если там появится вода, то начнется поглощение СО2.
Возможно, провалы концентрации углекислого газа – это периоды увеличения объема воды на поверхности или увеличение площади мирового океана. Потопы, по простому. Вода выходила из недр и начинала активно поглощать СО2. Уходила обратно – увеличивалась концентрация углекислого газа.
Так же уровень поглощения углекислого газа увеличивается при повышении температуры воды. Если вода выходила горячей, то и поглощение СО2 шло намного интенсивнее.
Куда же дальше расходуется углекислый газ в воде? Ведь за миллионы и даже миллиарды лет мировой океан должен был превратиться в рассол из угольной кислоты! Его поглощают минералы, базальты, известняк и силикаты. Вот схема круговорота углекислого газа через литосферу.
Одна из распространенных химических реакций выглядит так:
Наравне с натрием так же учувствует и кальций и магний. Обратите внимание, в реакции образуется диоксид кремния, кварц или песок. Не по этой ли причине в некоторых местах образовались огромные залежи песка? Другое альтернативное объяснение образования песка – это горение силанов.
Известно, что строительный раствор на основе извести твердеет при контакте с углекислым газом воздуха. Эти реакции можно изобразить так:
Поглощение СО2 более конкретно с названиями минералов, можно показать в таких формулах:
Более подробно про дегазацию углекислого газа и его поглощение из атмосферы предлагаю ознакомиться в этой небольшой научной работе.
Получается, что поглощение углекислого газа из воды идет постоянно, поэтому моровой океан и не стал кислотой. Тогда за столь длительный геологический период должны накопиться миллиарды тонн пород и минералов, которые поглотили СО2. Так оно и есть.
Считается, что это отложения, образованные на дне моря, что это остатки морских обитателей (их раковин). Но где моллюски взяли столько соединений кальция в воде? Более логичной будет выглядеть модель, по которой эти карбонаты образовались в процессе поглощения углекислого газа гидроксидом кальция (известковой водой) и выпадением карбоната кальция в осадок. Это могло происходить не только в море, но и на суше при выходе воды в источниках.
Этот процесс происходит естественным образом в течение геологических периодов времени и является причиной образования большей части известняка на поверхности Земли.
Минерализация карбонатов - это улавливание углерода. Этот процесс происходит в природе и отвечает за осаждение и накопление известняка в течение геологического времени. Угольная кислота в грунтовых водах медленно вступает в реакцию со сложными силикатами, растворяя кальций, магний, щелочи и кремнезём и оставляя осадок из глинистых минералов. Растворённые кальций и магний вступают в реакцию с бикарбонатом и образуют карбонаты кальция и магния.
Так написано в английской версии wikipedia. Но у нас продолжают в учебниках транслировать модель биогенного происхождения таких слоев известняка, т.е. от моллюсков.
Этот процесс происходит до сих пор. Многим известно место Пумуккале в Турции.
Это выходы известковой воды. При контакте гидроксида кальция с СО2 образуется нерастворимая соль карбоната кальция, которая откладывается в такие фантастические пейзажи. Это место – поглощение СО2 из атмосферы в реальном времени.
Так же поглощать углекислый газ могли и другие соединения, входящие в состав горных пород. Особенно в свежие горные породы, которые только что выдавило горообразование или которые растеклись по поверхности. Я называю их утрированно – геобетон. Они и каменели, набирали прочность при поглощении СО2 из воздуха. Пример каменных дорог, колеи во многих местах планеты – тому подтверждение.
Один из примеров каменных дорог разбирали здесь:
Сейчас понятно, как эти ранее пластичные массы камня смогли так быстро окаменеть и каменная колея не размылась дождями. На это не нужны миллионы лет. Так же набирала прочность пластичная масса при строительстве мегалитической кладки в Перу.
Но вернемся к поглощению углекислого газа. Оказывается, существуют проекты по утилизации СО2 путем закачивания этого парникового газа в пласты породы или на дно океанических впадин. Один из примеров такой:
Относительно недавно, исландская компания Carbfix, основанная в 2007 году разработала метод хранения CO2, растворяя его в воде и закачивая в базальтовые породы. Попадая в недра, закачиваемый CO2 вступает в реакцию с породой ластов, образуя стабильные карбонатные минералы, что обеспечивает постоянное хранение закачиваемого CO2.
Результаты пилотного проекта такие. Около 200 тонн CO2 было закачано в подповерхностные базальты в ходе первой в закачки на юго-западе Исландии в 2012 году. Результаты исследований, опубликованные в 2016 году, показали, что 95% закачиваемого CO2 затвердело в кальцит в течение 2 лет с использованием 25 тонн воды на тонну CO2.
Позже пробурили и взяли пробы кернов этой молодой породы:
В карбонаты превращаются различные ионы металлов в минералах: Ca2+,Mg2+,Fe2+(aq) + CO32-(aq) → CaCO3 (т), MgCO3 (т), FeCO3. По оценкам специалистов, бурение и закачка карбонизированной воды под высоким давлением в базальтовые породы обойдутся менее чем в 25 долларов за тонну. Правда, от этого процесса начались небольшие землетрясения.
Когда-то было высказано предложение, что CO2 можно утилизировать в океанах путём прямой закачки в глубокие слои океана. При закачке CO2 на глубину более 2700 метров, то под большим давлением углекислый газ будет иметь большую плотность, чем морская вода, и опускается на дно. Там реагировать с минералами базальтов. Однако примерно с 2001 года интерес к этому способу хранения углерода снизился из-за опасений по поводу неизвестного воздействия на морскую флору и фауну.
Вот так хотят утилизовать якобы лишний углекислый газ из атмосферы, предотвращая глобальное потепление.
Какой вывод можно сделать? Концентрация СО2, этого парникового газа в атмосфере могла быстро снижаться вследстии увеличения объемов воды на поверхности Земли и выходам на поверхность растворенных минералов (известковой воды), выдавливанию пластичных пород. И, судя, по графику в начале статьи – сейчас мы живем в спокойное геологическое время. Поэтому и нет пластичного геобетона, он весь набрал прочность, поглотив СО2 с образованием карбонатов.