Store magmatiske provinser bidrager til op- og nedture i atmosfærisk kuldioxid

For omkring 250 millioner år siden, et massivt vulkanudbrud oversvømmede det moderne Sibirien med lava, skabe de sibiriske fælder, kæmpe plateauer lavet af flere lag lava. Udbruddet frigav også enorme mængder kuldioxid i atmosfæren, der hurtigt ændrede klimaet og udløste Perm-Trias masseudryddelse, der udslettede mere end 90% af marine arter og 70% af terrestriske arter. Efter udbruddet, imidlertid, de sibiriske fælder begyndte at trække atmosfærisk kuldioxid tilbage i skorpen gennem forvitring og erosion. De sibiriske fælder er den største af flere oversvømmelser af basalt, kaldet store magmatiske provinser (LIP'er), som har fundet sted i Jordens historie, og som sandsynligvis har spillet en rolle i reguleringen af ​​Jordens klima.

I et nyt blad i Geofysiske forskningsbreve , hovedforfatter Louis Johansson, sammen med Deep Carbon Observatory-medlemmerne Sabin Zahirovic og Dietmar Muller ved University of Sydney's School of Geosciences modellerede udbruddet af LIPs og deres bevægelse som et resultat af pladetektonik rundt om på kloden i de sidste 400 millioner år.

Forskerne sammenlignede tidspunktet for LIP-udbrud og forvitring med estimater af atmosfærisk kuldioxid for at se, om udbrud og forvitring havde en kontrollerende effekt. Gennem deres analyse var forskerne i stand til at udpege bestemte tidspunkter, hvor LIP'er var medvirkende til at skrue op eller ned for Jordens globale termostat.

"Disse enorme udbrud bringer en enorm mængde kuldioxid op og kan ændre klimaet og udløse store udryddelser, " sagde Zahirovic.

"Men Jorden har indbygget mekanismer til at skrubbe kuldioxiden ud fra atmosfæren over geologiske tidsrammer."

LIP'er kan absorbere store mængder kuldioxid, fordi basaltlavaerne er fulde af silikatrige sten, der er særligt sårbare over for vejrlig. Når regn falder gennem en kuldioxid-rig atmosfære, det opløser gassen og danner sur regn. Den svage syre reagerer med silikatmineraler i LIP'erne for at lave langlivede karbonatsedimenter. Varm, regnfulde omgivelser fremskynder erosionsprocessen, og så mere erosion opstår, når LIP'er er i områder nær ækvator, som har høje temperaturer og får mest nedbør.

Forskere har set på klimapåvirkningerne af individuelle LIP'er, men ingen havde overvejet det langsigtede, globale virkninger af LIP'er, da de bevægede sig rundt på Jorden på skiftende kontinenter.

Forskerne brugte GPlates, et open source softwareværktøj, der rekonstruerer bevægelsen af ​​tektoniske plader gennem Jordens historie, udviklet af Müllers EarthByte-gruppe ved University of Sydney sammen med internationale samarbejdspartnere. De tog højde for tidspunktet for LIP-udbrud og hvor mange millioner år hver LIP brugte nær ækvator for at estimere erosion. Derefter sammenlignede de emissionen og absorptionen af ​​kuldioxid fra LIP'er med estimater af atmosfærisk kuldioxid ved hjælp af proxydata fra en tidligere offentliggjort samling.

For at opnå en uvildig sammenligning, forskerne udførte en wavelet-analyse, som er en statistisk test, der sammenligner to sæt målinger over tid for at se, om og hvornår de er korrelerede.

"Denne analyse eliminerer armbevægelse og fortæller os også, hvornår et bestemt signal leder et andet signal, så det giver os en indikation, måske, af årsagssammenhæng, " sagde Zahirovic.

Da forskerne sammenlignede det estimerede niveau af kuldioxid i atmosfæren med udbrud og erosion af LIP'er, de var i stand til at identificere flere tilknyttede hop og dyk i atmosfærisk kuldioxid, viser, at disse basaltoversvømmelser har spillet en rolle i at modulere Jordens temperatur i millioner af år.

"Det, der overraskede mig, var, at for 200 millioner år siden, da Pangæa gik i stykker, og Atlanterhavet åbnede sig, den centrale atlantiske magmatiske provins producerede en enorm mængde lava, " sagde Zahirovic.

"Du kan se det i kuldioxidproxy-registret, der er en enorm stigning i kuldioxid [efter udbruddet], men så fordi den vulkanske provins tilbringer meget tid i det fugtige nær-ækvatorialbælte, det efterfølges af et hurtigt fald i kuldioxid."

Udbruddet og forvitringen af ​​LIP'er er kun et aspekt af Jordens kulstofkredsløb, og der er punkter, hvor indflydelsen fra LIP'er sandsynligvis tog en bagsædet til andre geologiske processer. Forskerne bemærker også, at deres model udeladte LIP'er, der brød ud under vandet, fordi disse basalter har tendens til at blive genbrugt tilbage i kappen og dermed er sværere eller umulige at rekonstruere.

Næste, forskerne undersøger andre måder, hvorpå pladetektonik påvirker det dybe kulstofkredsløb. "Det, vi forsøger at forstå, er de langsigtede variationer af klimaet og kulstofkredsløbet, over geologiske tidsrammer, " sagde Zahirovic.

I øjeblikket er de ved at udarbejde en global database over ophioliter, som er bidder af basaltisk oceanisk skorpe, der bliver presset op på kontinenterne under tektoniske kollisioner. Ligesom læber, ophiolitter optager kuldioxid fra atmosfæren, når de vejrer, og på samme måde som LIP'er også har en finger på den globale termostat.