Holdbarheden af ​​pyrit

De sidste 2,6 millioner år har været præget af iskredsløb, en regelmæssig vekslen mellem kolde og varme perioder. Det er almindeligt accepteret, at ændringer i koncentrationen af ​​kuldioxid og andre drivhusgasser i atmosfæren i høj grad var ansvarlige for disse naturlige udsving i kolde og varme perioder. Hvad der præcist udløser stigningen i kuldioxidkoncentrationer, der forårsager overgangen fra et istid til et varmt stadie, er ikke fuldt ud forstået. Sammen med kolleger, Dr. Martin Kölling fra MARUM—Center for Marine Environmental Sciences ved Universitetet i Bremen, har udviklet en ny model, hvor forvitring af pyrit, et almindeligt mineral indeholdende svovl, spiller en nøglerolle. Resultaterne blev offentliggjort i tidsskriftet Naturgeovidenskab .

Fool's gold er det daglige navn for pyrit, et hyppigt forekommende mineral, der danner gyldne terninger som en krystal, men har en sort farve, når det er fint fordelt i havaflejringer. Ved eksponering for luft oxideres pyrit og danner en syre, som igen opløser carbonatmineraler og frigiver drivhusgassen kuldioxid (CO ₂ ) ud i atmosfæren. Martin Kölling fra MARUM har undersøgt konsekvenserne af pyritforvitring i forbindelse med ændringer i havniveauet, der er forbundet med glacialcyklusser. Hans beregninger er baseret på det grundlæggende faktum, at under istiden, havniveauet var mere end 100 meter lavere, end det er i dag. Med et så lavt havniveau, mere end 20 millioner kvadratkilometer af nutidens hylde var udsat for atmosfærisk ilt, hvilket resulterede i storstilet pyritforvitring og frigivelse af CO ₂ ind i atmosfæren.

Sammenlignet med dagens menneskeskabte udledning af CO ₂ , den pyrit-drevne glaciale frigivelse var en lille, men betydelig mængde, i samme størrelsesorden som vulkansk CO ₂ emissioner. "Globalt, dette er en mængde, der er stor nok til at påvirke klimasystemet, " siger Kölling. Især da de CO ₂ emissioner skete systematisk inden slutningen af ​​istiden. "Baseret på vores beregninger, vi formoder, at denne proces var med til at afslutte istiden. Pyritforvitring kan være en hidtil forsømt proces, der indirekte styrer smeltningen af ​​gletsjere gennem drivhuseffekten og dermed muliggør en hurtig stigning i havoverfladen, der markerer afslutningen på en istid.

For modellen, Kölling har analyseret og sammenlignet publiceret CO ₂ niveauer og rekonstruktioner på havniveau, der dækker de sidste 800, 000 år. Bortset fra faser med meget lavt havniveau under istiden, Kölling og hans kolleger fandt ud af, at havniveau og kuldioxid hænger overraskende godt sammen:Hvis havniveauet stiger med en meter, CO ₂ indhold stiger med 0,001 promille. I løbet af de sidste 800, 000 år, havniveauet har været tæt forbundet med kuldioxidniveauer.

Når havniveauet stiger efter en istid, kontinentalsoklen dækkes gradvist igen med vand, og der kan dannes ny pyrit i sedimentets øvre lag ved nedbrydning af organisk stof. Imidlertid, varigheden af ​​de varme perioder er normalt ikke tilstrækkelig til at "genopfylde" det oprindelige pyritindhold i hylden. Af denne grund, ifølge Kölling og hans medarbejdere, den såkaldte pyritforvitringsfront, laget på kontinentalsoklen, hvor pyrit oxiderer under istiden, er vandret længere nedad med hver istid. Som resultat, havniveauet, hvor pyritforvitring bliver effektiv, er forskudt nedad. Ifølge Kölling, denne front er i øjeblikket omkring 90 meter under dagens havniveau.

Köllings model beregner pyrit-drevet CO ₂ frigivelse som funktion af havniveau i de sidste tre millioner år. Det giver også en forklaring på den stigende længde af glaciale cyklusser. Siden 1970'erne, videnskabsmænd har undret sig over hvorfor for omkring en million år siden, længden af ​​istidens cyklusser steg fra omkring 41, 000 år til mellem 80, 000 og 120, 000 år. Det er kendt, at skævheden af ​​Jordens akse, som varierer med en periode på 41, 000 år, har en stærk indflydelse på Jordens klima. Da der ikke har været nogen afgørende teori, der forklarer, hvorfor skævhedscyklusser i de sidste millioner år ikke alle har forårsaget en tilbagevenden til en varm periode, de fleste videnskabsmænd antager, at for en million år siden en astronomisk cyklus med en periode på omkring 100, 000 år fik betydning for Jordens klima. Der findes cyklusser af denne længde, men deres direkte indflydelse på jordens klima er ret lille, og der var ingen grundlæggende ændringer i astronomiske forhold for en million år siden.

Köllings model giver nu en ny forklaring:for omkring en million år siden, pyritforvitringsfronten i hyldesedimenterne rundt om på kloden migrerede så langt nedad, at havniveauet inden for en enkelt jordskævhedscyklus ikke længere var tilstrækkelig til at afsløre dyb pyrit på sokkelen. Dermed, der blev ikke frigivet kuldioxid ved pyritforvitring. Atmosfæren varmede ikke tilstrækkeligt op, og uden en varm periode, klimasystemet løb ind i en anden kold cyklus med skråstimulering. Dette fik havniveauet til at falde langt nok til at starte den dybe pyritforvitring, der hjalp tilbage til en varm periode.