Forbindelse identificeret mellem kontinentopbrud, vulkanske kulstofemissioner og evolution

Forskere har fundet ud af, at dannelsen og opdelingen af ​​superkontinenter over hundreder af millioner af år kontrollerer vulkanske kulstofemissioner. Resultaterne, rapporteret i journalen Videnskab , kunne føre til en nyfortolkning af, hvordan kulstofkredsløbet har udviklet sig gennem Jordens historie, og hvordan dette har påvirket udviklingen af ​​Jordens beboelighed.

Forskerne, fra University of Cambridge, brugt eksisterende målinger af kulstof og helium fra mere end 80 vulkaner rundt om i verden for at bestemme deres oprindelse. Kulstof og helium, der kommer ud af vulkaner, kan enten komme dybt inde i jorden eller genbruges nær overfladen, og måling af det kemiske fingeraftryk af disse elementer kan lokalisere deres kilde. Da holdet analyserede dataene, de fandt ud af, at det meste af det kulstof, der kommer ud af vulkaner, genanvendes nær overfladen, i modsætning til tidligere antagelser om, at kulstoffet kom dybt fra Jordens indre. "Dette er en vigtig brik i det geologiske kulstofkredsløbspuslespil, " sagde Dr Marie Edmonds, undersøgelsens seniorforfatter.

Over millioner af år, kulstof kredser frem og tilbage mellem Jordens dybe indre og dens overflade. Kulstof fjernes fra overfladen fra processer som dannelsen af ​​kalksten og begravelse og forrådnelse af planter og dyr, som tillader atmosfærisk ilt at vokse ved overfladen. Vulkaner er en måde, hvorpå kulstof returneres til overfladen, selvom mængden, de producerer, er mindre end en hundrededel af mængden af ​​kulstofemissioner forårsaget af menneskelig aktivitet. I dag, størstedelen af ​​kulstof fra vulkaner genanvendes nær overfladen, men det er usandsynligt, at dette altid har været tilfældet.

Vulkaner dannes langs store ø- eller kontinentale buer, hvor tektoniske plader støder sammen, og den ene plade glider under den anden, såsom Aleutian Islands mellem Alaska og Rusland, Andesbjergene i Sydamerika, vulkanerne i hele Italien, og Marianerne i det vestlige Stillehav. Disse vulkaner har forskellige kemiske fingeraftryk:'øbue'-vulkanerne udsender mindre kulstof, som kommer fra dybt inde i kappen, mens 'kontinentalbue'-vulkanerne udsender langt mere kulstof, som kommer tættere på overfladen.

Over hundreder af millioner af år, Jorden har cyklet mellem perioder, hvor kontinenter er kommet sammen og brudt fra hinanden. I perioder, hvor kontinenter mødes, vulkansk aktivitet var domineret af ø-buevulkaner; og når kontinenter går fra hinanden, kontinentale vulkanbuer dominerer. Dette frem og tilbage ændrer det kemiske fingeraftryk af kulstof, der kommer til Jordens overflade systematisk over geologisk tid, og kan måles gennem de forskellige isotoper af kulstof og helium.

Variationer i isotopforholdet, eller kemisk fingeraftryk, kulstof er almindeligvis målt i kalksten. Forskere havde tidligere troet, at det eneste, der kunne ændre kulstoffingeraftrykket i kalksten, var produktionen af ​​atmosfærisk ilt. Som sådan, kulstofisotopens fingeraftryk i kalksten blev brugt til at fortolke udviklingen af ​​beboelighed på Jordens overflade. Resultaterne fra Cambridge-holdet tyder på, at vulkaner spillede en større rolle i kulstofkredsløbet, end man tidligere havde forstået, og at tidligere antagelser skal genovervejes.

"Dette får os til fundamentalt at revurdere udviklingen af ​​kulstofkredsløbet, " sagde Edmonds. "Vores resultater tyder på, at kalkstensrekorden skal omfortolkes fuldstændigt, hvis det vulkanske kulstof, der kommer til overfladen, kan ændre dets kulstofisotopsammensætning."

Et godt eksempel på dette er i Kridttiden, 144 til 65 millioner år siden. I løbet af denne periode var der en stor stigning i kulstofisotopforholdet fundet i kalksten, hvilket er blevet fortolket som en stigning i atmosfærisk iltkoncentration. Denne stigning i atmosfærisk oxygen var kausalt forbundet med spredningen af ​​pattedyr i den sene kridttid. Imidlertid, resultaterne fra Cambridge-teamet tyder på, at stigningen i kulstofisotopforholdet i kalkstenene næsten udelukkende kan skyldes ændringer i typerne af vulkaner ved overfladen.

"Forbindelsen mellem iltniveauer og nedgravning af organisk materiale gjorde det muligt for livet på Jorden, som vi kender det, at udvikle sig, men vores geologiske registrering af dette link skal revurderes, " sagde medforfatter Dr Alexandra Turchyn, også fra Institut for Geovidenskab.