Forvitring af klipper en dårlig regulator af globale temperaturer

En ny undersøgelse fra University of Washington viser, at lærebogens forståelse af global kemisk forvitring - hvor sten er opløst, skyllet ned af floder og til sidst ender på havbunden for at begynde processen igen - afhænger ikke af Jordens temperatur på den måde, som geologer havde troet.

Studiet, offentliggjort 22. maj i open-access tidsskriftet Naturkommunikation , ser på et nøgleaspekt af kulstofcykling, den proces, hvorved kulstofatomer bevæger sig mellem luften, klipper og oceaner. Resultaterne sætter spørgsmålstegn ved klippernes rolle i at indstille vores planets temperatur over lange tidsskalaer.

"At forstå, hvordan Jorden gik fra et drivhusklima i dinosaurernes tidsalder til i dag, kunne hjælpe os med bedre at forstå langsigtede konsekvenser af fremtidige klimaændringer, " sagde den tilsvarende forfatter Joshua Krissansen-Totton, en UW doktorand i jord- og rumvidenskab.

Den nuværende forståelse er, at Jordens klima styres over perioder på millioner af år af en naturlig termostat relateret til forvitring af klipper. Kuldioxid frigives til luften af ​​vulkaner, og denne gas kan derefter opløses i regnvand og reagere med siliciumrige kontinentale klipper, forårsager kemisk forvitring af klipperne. Dette opløste kulstof strømmer derefter ned ad floder i havet, hvor det i sidste ende bliver låst inde i kulstofholdig kalksten på havbunden.

Som en potent drivhusgas, atmosfærisk kuldioxid fanger også varme fra solen. Og en varmere Jord øger hastigheden af ​​kemisk forvitring både ved at forårsage mere nedbør og ved at fremskynde de kemiske reaktioner mellem regnvand og sten. Over tid, ved at reducere mængden af ​​kuldioxid i luften ved denne metode afkøles planeten, til sidst at vende klimaet tilbage til mere moderate temperaturer - eller det siger lærebogens billede.

"Den generelle idé har været, at hvis der frigives mere kuldioxid, forvitringshastigheden stiger, og kuldioxidniveauer og temperatur modereres, "medforfatter David Catling, en UW professor i jord- og rumvidenskab. "Det er en slags langsigtet termostat, der beskytter Jorden mod at blive for varm eller for kold."

Den nye undersøgelse begyndte, da forskere satte sig for at bestemme forholdene under det tidligste liv på Jorden, omkring 3,5 milliarder til 4 milliarder år siden. De testede først deres ideer på, hvad de mente var en ret velforstået tidsperiode:de sidste 100 millioner år, når sten og fossiler registrerer temperaturer, kuldioxidniveauer og andre miljøvariabler eksisterer.

Jordens klima for 100 millioner år siden var meget anderledes end i dag. I midten af ​​kridttiden, polerne var 20 til 40 grader celsius varmere end nutiden. Kuldioxid i luften var mere end det dobbelte af dagens koncentrationer. Havet var 100 meter (330 fod) højere, og dinosaurer strejfede nær de isfrie poler.

Forskerne lavede en computersimulering af de kulstofstrømme, der kræves for at matche alle de geologiske optegnelser, dermed gengive den dramatiske overgang fra den varme midt-kridttid til i dag.

"Vi fandt ud af, at for at kunne forklare alle data - temperatur, CO2, havets kemi, alt - afhængigheden af ​​kemisk forvitring af temperaturen skal være meget svagere, end det almindeligvis blev antaget, " sagde Krissansen-Totton. "Du skal også have noget andet, der skifter vejrhastigheder, som ikke har noget med temperatur at gøre."

Geologer havde tidligere estimeret, at en temperaturstigning på 7 C ville fordoble hastigheden af ​​kemisk forvitring. Men de nye resultater viser, at mere end tre gange det temperaturspring, eller 24 C, er påkrævet for at fordoble den hastighed, hvormed sten skylles væk.

"Det er bare en meget mindre effektiv termostat, " sagde Krissansen-Totton.

Forfatterne foreslår, at en anden mekanisme, der styrer forvitringshastigheden, kan være, hvor meget land der er udsat over havets overflade og stejlheden af ​​Jordens overflade. Da det tibetanske plateau blev dannet for omkring 50 millioner år siden, de stejlere overflader kan have øget den globale rate

af kemisk forvitring, trække mere CO2 ned og bringe klimaet ned på nutidens mere moderate temperaturer.

"Set i bakspejlet, vores resultater giver meget mening, Catling sagde. Sten fortæller os, at Jorden har haft store udsving i temperatur i løbet af geologisk historie, så Jordens naturlige termostat kan ikke være særlig stram."

Deres beregninger indikerer også en stærkere sammenhæng mellem atmosfærisk CO2 og temperatur, kendt som klimafølsomhed. En fordobling af CO2 i atmosfæren udløste til sidst en stigning på 5 eller 6 grader Celsius i de globale temperaturer, hvilket er omkring det dobbelte af de typiske fremskrivninger for temperaturændringer gennem århundreder for en tilsvarende fordobling af CO2 på grund af menneskelige emissioner.

Selvom ikke det sidste ord, forskere sagde, disse tal er dårlige nyheder for nutidens klimaændringer.

"Hvad alt dette betyder er, at på meget lang sigt, vores fjerne efterkommere kan forvente mere opvarmning i meget længere tid, hvis kuldioxidniveauer og temperaturer fortsætter med at stige, " sagde Catling.

Forskerne vil nu anvende deres beregninger på andre perioder af den geologiske fortid.

"Dette vil få konsekvenser for kulstofkredsløbene til andre tider i Jordens historie og ind i dens fremtid, og potentielt for andre klippeplaneter ud over solsystemet, " sagde Krissansen-Totton.