Hvordan havbundens forvitring driver den langsomme kulstofcyklus

En hidtil ukendt sammenhæng mellem geologiske atmosfæriske kuldioxidcyklusser og havskorpens fluktuerende kapacitet til at lagre kuldioxid er blevet afsløret af to geovidenskabsmænd fra University of Sydney.

Prof Dietmar Müller og Dr. Adriana Dutkiewicz fra Sydney Informatics Hub og School of Geosciences rapporterer deres opdagelse i tidsskriftet Videnskabens fremskridt .

Mange af os er bekendt med Slow Movement filosofien, som inkluderer slow living, langsom madlavning, langsom mode, og endda langsomt tv. Men de fleste af os ville ikke have hørt om den langsomme kulstofcyklus, som handler om den langsomme bevægelse af kulstof mellem den faste jord og atmosfæren.

Den langsomme kulstofcyklus går forud for mennesker og foregår over titusinder af år, drevet af en række kemiske reaktioner og tektonisk aktivitet. Den langsomme kulstofcyklus er en del af Jordens livsforsikring, da det har bevaret planetens beboelighed gennem en række drivhusklimaer præget af istider.

En idé er, at når atmosfærisk kuldioxid stiger, forvitringen af ​​kontinental klippe udsat for atmosfæren øges, til sidst trække kuldioxid ned og afkøle Jorden igen.

Mindre kendt er det, at forvitring også findes i de dybe oceaner. Ung, hed, vulkansk havskorpe er udsat for forvitring fra cirkulation af havvand gennem revner og åbne rum i skorpen. Mineraler som calcit, som fanger kulstof i deres struktur, dannes gradvist i skorpen fra havvandet.

Nyligt arbejde har vist, at effektiviteten af ​​denne havbundsforvitringsproces afhænger af temperaturen af ​​vandet på bunden af ​​havet – jo varmere er det, jo mere kuldioxid bliver der lagret i havskorpen.

Prof Müller forklarer:"For at finde ud af, hvordan denne proces bidrager til det langsomme kulstofkredsløb, vi rekonstruerede den gennemsnitlige bundvandstemperatur i oceanerne gennem tiden, og tilsluttede den en global computermodel til udviklingen af ​​havskorpen i løbet af de sidste 230 millioner år. Dette gjorde det muligt for os at beregne, hvor meget kuldioxid, der er lagret i enhver ny luns af skorpe skabt af havbundens spredning."

Dr. Dutkiewicz tilføjer:"Vores pladetektoniske model giver os også mulighed for at spore hver pakke af havbunden, indtil den til sidst når sin endelige destination - en subduktionszone. Ved subduktionszonen, skorpen og dens calcit genbruges tilbage i jordens kappe, frigivelse af en del af kuldioxiden til atmosfæren gennem vulkaner."

Computermodellen afslører, at havskorpens kapacitet til at lagre kuldioxid ændrer sig over tid med en regelmæssig periodicitet på omkring 26 millioner år.

Adskillige geologiske fænomener, herunder udryddelser, vulkanisme, saltaflejringer og atmosfæriske kuldioxidudsving rekonstrueret uafhængigt af den geologiske rekord viser alle 26 millioner års cyklusser.

En tidligere hypotese havde tilskrevet disse fluktuationer til cyklusser af kosmiske byger, menes at afspejle solsystemets svingning omkring Mælkevejsgalaksens plan.

Prof Müller siger:"Vores model antyder, at karakteristisk 26 millioner års periodicitet i den langsomme kulstofcyklus i stedet er drevet af fluktuationer i havbundens spredningshastigheder, som igen ændrer havskorpens kapacitet til at lagre kuldioxid. Dette rejser det næste spørgsmål:hvad driver i sidste ende disse fluktuationer i skorpeproduktionen?"

subduktion, synkning af tektoniske plader dybt ind i konvektionskappen, betragtes som den dominerende pladedrivkraft i pladetektonikken. Det følger heraf, at cykliciteter i havbundens spredningshastigheder bør være drevet af tilsvarende cyklusser i subduktion.

En analyse af subduktionszoneadfærd tyder på, at drivkraften i den 26 millioner-årige periodicitet stammer fra en episodicitet i subduktionszonemigrationen. Denne komponent af den langsomme kulstofcyklus skal indbygges i globale kulstofkredsløbsmodeller.

Bedre forståelse af den langsomme kulstofcyklus vil hjælpe os med at forudsige, hvordan Jorden vil reagere på den menneskeskabte stigning i atmosfærisk kuldioxid. Det vil hjælpe os med at besvare spørgsmålet:I hvilket omfang vil kontinenterne, havene og havskorpen optager den ekstra kuldioxid på sigt?