Извержения вулканических дуг, расположенных в зонах схождения тектонических плит, являются одним из основных источников естественных выбросов углерода. Однако модель древнего углеродного цикла Земли предполагает, что это относительно недавнее явление.
Влияние вулканов на изменение климата Земли, возможно, не столь древнее, как считалось ранее.
На протяжении всей истории нашей планеты климат колебался между условиями «ледникового периода» и «парникового периода», что во многом определялось уровнем парниковых газов, таких как углекислый газ, в атмосфере.
Вулканические дуги — гигантские цепи извергающихся вершин в таких местах, как Япония, — могут играть в этом роль, высвобождая CO₂ из недр Земли. Однако исследование с моделированием под руководством Бена Матера из Мельбурнского университета (Австралия) позволяет предположить, что они стали доминирующим источником выбросов углерода лишь к концу эпохи динозавров, около 100 миллионов лет назад.
Это связано с тем, что примерно 150 миллионов лет назад в океанах появился фитопланктон с карбонат-кальциевыми чешуйками. Когда этот планктон умирает, он оставляет на глубоководном дне огромные отложения карбоната кальция, говорит Матер.
В процессе движения тектонических плит и их погружения друг под друга (так называемая субдукция), эти гигантские резервуары захороненного углерода в итоге проталкиваются в мантию.
«Большая часть углерода из планктона, который покидает погружающуюся океаническую плиту, смешивается с расплавленными недрами, но часть его выбрасывается через вулканы дуг», — говорит Матер.
Однако, по словам Матера, до 150 миллионов лет назад материал, высвобождаемый вулканическими дугами, содержал относительно мало CO₂ из-за отсутствия этого чешуйчатого планктона.
Он и его коллеги смоделировали полмиллиарда лет тектоники плит и её роль в углеродном цикле. Они обнаружили, что на протяжении большей части истории Земли большая часть углерода, заключённого внутри планеты, высвобождалась вдоль разломов земной коры в процессе, называемом рифтингом, а не через вулканические дуги.
Рифтинг — это процесс разрыва континентов в геологических масштабах времени, который может происходить на суше (например, в Восточно-Африканской рифтовой долине) или вдоль срединно-океанических хребтов.
«Когда тектонические плиты раздвигаются, по сути, вы "обнажаете" часть расплавленных недр Земли, — говорит Матер. — Когда это происходит, вдоль срединно-океанических хребтов формируется новая кора и происходит выброс углерода».
Количество углерода, попадающего в атмосферу из континентальных рифтов и срединно-океанических хребтов, зависит от длины рифта и скорости его расширения, говорит Матер, но ранее доля высвобождаемого углерода оставалась относительно стабильной. «Однако выбросы от вулканических дуг значительно увеличились за последние 100 миллионов лет благодаря этому новому резервуару углерода на морском дне — поставщикам карбоната кальция в виде планктона, — говорит он. — По сравнению со 150 миллионами лет назад, вулканические дуги теперь выбрасывают на две трети больше углерода».
Земля в настоящее время находится в коротком тёплом периоде, известном как межледниковье, внутри гораздо более длительного ледникового периода, начавшегося 34 миллиона лет назад. Одним из факторов, способствующих этому продолжающемуся прохладному периоду, является то, что этот фитопланктон извлекает из океана так много углерода и захоранивает его на морском дне. Хотя количество углерода в извержениях вулканических дуг увеличилось, оно всё ещё меньше, чем то, что планктон запасает на морском дне и что погружается в недра Земли в результате тектонического движения.
Алан Коллинз из Университета Аделаиды (Австралия) говорит, что такие моделирующие исследования, как эта работа, жизненно важны для понимания того, как со временем менялось влияние вулканизма и тектонической активности на климат.
«Состав морских отложений менялся по мере эволюции различных существ, использующих в своём составе разные элементы, таких как появление и повсеместное распространение зоопланктона с карбонатом кальция», — говорит Коллинз.
Ссылка на журнал: Nature Communications Earth and Environment, DOI TK