Gamle vulkanudbrud forstyrrede jordens termostat, skabe en sneboldplanet

En af de mest ekstreme klimaepisoder Jorden har oplevet var under den såkaldte Snowball Earth, 720 millioner år siden. I denne periode strakte sig gletschere fra polerne til troperne, resulterer i en planet helt dækket af is.

Snowball Earth-hypotesen har været genstand for videnskabelig debat i omkring 20 år:videnskabsmænd er både fascinerede og forvirrede over, hvordan planeten kunne falde ned i sådan en underlig klimatisk tilstand.

Ny forskning peger nu på, at spektakulære store vulkanudbrud er nøglen i denne proces. Vi foreslår, at dette skete, fordi store mængder kuldioxid blev trukket ud af atmosfæren efter enorme udbrud, og dette førte til et tab af varme fra Jordens overflade.

Overraskende nok, mekanismen for dette ser ud til at være stenerosion.

Forskellige slags vulkaner

Forholdet mellem vulkanudbrud og klima er veletableret. For eksempel, svovl sprøjtet ind i atmosfæren fra udbruddet i 1991 af Filippinernes Mount Pinatubo sænkede den globale temperatur med cirka en halv grad i omkring 15 måneder. Svovlen reflekterede indkommende solstråling og sænkede globale temperaturer.

Vulkaner som Mt Pinatubo er en del af vulkanske buer, der producerer relativt små mængder af udbrudte materialer. Verden over, buevulkaner producerer tilsammen mindre end én kubikkilometer (1 km³) udbrudt materiale om året.

Sammenlign dette med en type vulkanudbrud, der omtales som en "stor magmatisk provins" (vi vil referere til dem her som en LIP). Disse udbrud er spektakulært store, producerer mere end 100 km³ lava om året, og afgørende, har samlede udbrudsvolumener på over 1 million km³ og dækker et område større end 1 million km². (Til sammenligning, arealet af South Australia er omkring 1 million km²). Disse er genoplivningsbegivenheder i kontinental skala.

Mere end 300 af disse LIP-udbrud er blevet anerkendt gennem Jordens historie, og de ser ud til at toppe i semi-regelmæssige cyklusser.

Langsigtede klimatiske virkninger

Mens nogle relativt små vulkanudbrud vil have kortsigtede klimatiske virkninger, de langsigtede virkninger af LIP-vulkaner kan være dybtgående.

Årsagen til dette koger ned til simpel kemi. Kuldioxid i atmosfæren opløses i regn, og falder til jorden, hvor den reagerer med silikatmineraler i klipperne. Kuldioxid danner bikarbonat, og bliver i sidste ende låst inde i kalksten og skiferklippeformationer.

Over hundredtusinder af år er mængden af ​​kuldioxid i atmosfæren ret effektivt reguleret på denne måde. Forskere anslår, at forvitring af sten forbruger cirka 600 millioner tons kuldioxid om året.

Geologiske formationer fra LIP vulkanudbrud er særligt modtagelige for denne proces, da de stort set er sammensat af basalt, en type finkornet vulkansk sten, der forvitrer relativt hurtigt og opsuger kuldioxid mere effektivt end andre sten, såsom granit.

Men LIP vulkanudbrud kan også påvirke klimaet på en anden måde:ved at udløse fotosyntese.

At forbinde vulkanudbrud med fotosyntese kan virke mærkeligt, men det hele kommer ned til næringsstoffer. Vi har for nylig vist, at erosionen af ​​geologiske formationer som basalt fra LIP-vulkaner befrugter floder og oceaner ved at frigive fosfor.

Fosfor er en væsentlig bestanddel af DNA, og alt liv kræver det. Over lange perioder, fosfor er det næringsstof, der regulerer fotosyntesehastigheden. Og når fotosyntesen finder sted, det trækker også kuldioxid fra atmosfæren.

Nedstigning til Snowball Earth

Vores seneste papir fokuserede på at bestemme, om erosionen af ​​basalt fra LIP-vulkaner bidrog til reduktionen af ​​atmosfærisk kuldioxid forbundet med Snowball Earth. Indledende modellering forudsagde, at en halvering af atmosfærisk kuldioxid ville være påkrævet for at drive jorden ind i Snowball-tilstanden.

At gøre dette, vi målte forskellige former (kendt som isotoper) af det sjældne jordarters grundstof neodym (Nd), der sporer erosionen af ​​basalt i sedimentære bjergarter. Vi fokuserede især på bidraget af eroderet basalt i skifer, som er klippeformationer skabt af kontinental erosion.

Også, vi målte isotoper af grundstoffet strontium (Sr) i kalksten, som registrerer den kemiske sammensætning af gammelt havvand.

Fra dette arbejde fandt vi ud af, at basaltisk erosion lige før sneboldjorden, var mere end 100 % større end det, vi ser i dag.

Denne basalt blev hentet fra tre fremtrædende LIP'er, som brød ud i en kaskadesekvens, der begyndte for 830 millioner år siden i Australien, 780 millioner år siden i Nordamerika og 720 millioner år siden i det nordlige Canada. Alle tre af disse LIP'er brød ud i det, der dengang var ækvatorialregionen, som favoriserer hurtig erosion på grund af varmere temperaturer og højere nedbør.

Endelig, virkningen af ​​svovl aerosoler frigivet af det nordlige Canadas Franklin store magmatiske provins lige før istidens begyndelse kan også have induceret yderligere global afkøling.

Det er sandsynligt, at dette unikke sammenløb af begivenheder gjorde det muligt for planeten at vælte ind i en frossen afgrund.

Komplekse interaktioner i jordsystemet

Atmosfæriske kuldioxidniveauer og det globale klima reguleres over lange perioder af klippernes forvitring. Over geologisk tid (hundredetusinder af år) virker denne proces som en negativ feedback på stigende atmosfærisk kuldioxid. Når højere temperaturer driver højere vejrforhold, den fungerer som en slags termostat for Jorden.

Imidlertid, dette arbejde viser, at Jordens termostat til tider kan svigte spektakulært:udbruddet af LIP'er resulterede i en sneboldjord.

Denne periode varede fra 720 til 635 millioner år siden og er kendt som kryogen. Det er en tid med kontinentalt opbrud og markerer en stor overgang fra en verden domineret af bakterier til en verden domineret af mere komplekst liv.

Dette fremhæver kompleksiteten af ​​jordsystemet og de uventede vekselvirkninger mellem vulkanisme, klima og liv.

Denne artikel blev oprindeligt publiceret på The Conversation. Læs den originale artikel.