Jordens vejrtrækning:bjergerosion en manglende brik i klimapuslespillet

Bjerge frigiver den samme mængde kulstof hvert år som vulkaner - omkring 100 megaton - og alligevel ved vi meget lidt om processen. At forstå disse emissioner kan fortælle os mere om deres indvirkning på klimaet, både i fortiden og fremtiden.

Skiftende tektoniske plader under jordens overflade skaber vulkaner, som udbryder i et væld af gasser og smeltet sten. Men når pladerne langsomt skifter over tid, de giver også anledning til bjerge - og bringer kulstofudsendende stof op, som har været begravet under overfladen i årtusinder.

Mens mennesker pumper hidtil usete mængder kuldioxid ud i atmosfæren, forskere presser på for at forstå, hvordan det naturlige kulstofkredsløb fungerer, og hvordan det vil blive påvirket af ikke kun det øgede kulstof i atmosfæren, men de stigende temperaturer og skiftende vejrmønstre af globale klimaændringer.

I millioner af år, kulstof har ligget fanget i bjergene. Noget af det var engang i skallerne af bittesmå organismer på havbunden eller døde træer begravet under vægten af ​​jord, der cementerede til sten med tiden. Men efterhånden som Jordens tektoniske plader skifter over årtusinder, stenplader, der engang lå på bunden af ​​havet, krøllede sammen, spændte eller blev løftet til bjergenes høje højder.

"Når disse sten er blotlagt nær overfladen, ilten i luften og i vandet kan reagere med det organiske stof i disse klipper og frigive kulstoffet som kuldioxid, " forklarede professor Robert Hilton, en geolog ved University of Durham, Storbritannien. "Det er ligesom Jorden ånder, dette forbrug af organisk stof og en langsom frigivelse."

Livet, som vi kender det, afhænger af kulstof, og dens bevægelse mellem landet, oceaner og atmosfære kaldes 'kulstofkredsløbet'.

Prof. Hilton leder et projekt kaldet ROC-CO ₂ som har til formål at kvantificere bidraget af organisk kulstof i bjergsten til dette naturlige kulstofkredsløb.

I tidligere modeller, bjerge mentes at fange kulstof fra atmosfæren. Kulsyre og vand eroderer mineraler og sten, og kulstoffet strømmer til sidst til havet via floder. Men frigivelsen af ​​organisk kulstof gennem erosion kan reducere mængden af ​​kulstof, vi antager, bliver fjernet fra atmosfæren. Disse bidrag - og at vide, hvordan de vil ændre sig, efterhånden som planeten bliver varmere - er vigtige for at forstå, hvilken verden vi vil leve om et århundrede fra nu.

Cyklus

Der er adskillige huller i vores forståelse af kulstofkredsløbet, mest om de processer, der foregår på land i modsætning til i oceanerne, ifølge professor Susan Trumbore, direktør for Max Planck Instituttet for Biogeokemi i Tyskland. "Med klimaændringer, ændringer i mængden af ​​kuldioxid (tilgængelig), ændringer i selve økosystemerne ved at ændre fauna, nye sygdomme, og nye arter, evnen til at forudsige fremtiden er dårligere. Vi forstår grundlæggende ikke disse processer, " hun sagde.

Under sin doktorgrad, Prof. Hilton anerkendte bjergerosionens rolle som en af ​​disse huller. "Jeg blev overrasket over, at nogle af disse aspekter er så dårligt forstået, " han sagde.

Mens menneskets forbundne kulstofemissioner og deres virkninger er et hovedfokus for klimaforskningen - tegner de sig for omkring 9, 400 megaton kulstof, næsten 100 gange mere end bjerge, der forvitrer eller vulkaner - mindre bidrag er også vigtige brikker i puslespillet og opstår over længere tidsskalaer. Deres virkninger mærkes gennem århundreder og er en integreret del af vores klima. Menneskeskabte kulstofemissioner, på den anden side, forekommer på meget kort tid, forårsager en hidtil uset hastighed af ændringer i naturlige systemer.

"Vi er nødt til at forstå, hvordan (bjergvejr) fungerede i fortiden, " sagde prof. Hilton. Det er vigtigt, han siger, fordi kulstofkredsløbet er så tæt forbundet med jordens klima, som igen satte rammerne for planters og dyrs evolution.

Og med bjerge og erosion, 'landoverfladen bliver hele tiden opfrisket af materiale, der bevæger sig ned ad skråninger, at bringe nye sten i kontakt med atmosfæren og vandet."

Professor Sophie Opfergelt, en geolog ved UC Louvain i Belgien, der undersøger kemisk forvitring af sten, beskriver bjerge og forvitring som en stor reaktor.

"Bjerge er måder at bringe materialer ind i reaktoren. Når der er en hævning af et bjerg eller erosion, du udsætter flere mineraler og overflade for vejrlig, " sagde hun. "Det dækker også nogle af disse materialer og forhindrer materiale i at gå ind i reaktoren."

Strøm

Gennem ROC-CO ₂ , Prof. Hilton og kolleger er ved at udvikle teknikker til at måle graden af ​​kulstofemissioner, eller flux, fra bjerge.

En teknik, som de beskriver i en nylig avis, måler bjergets kulstofemissioner direkte ved at bore et 40 cm dybt hul i klippen, og opstilling af et lufttæt kammer over det for at måle mængden af ​​kulstof, der frigives.

"Der er kulstof i atmosfæren overalt omkring os, og du ønsker ikke at måle det, " sagde prof. Hilton. "Når vi ånder ud, vi ånder en masse kulstof ud, og vi er meget sikre på, at vi ikke vil måle det. Når planter ånder ud, de frigiver kuldioxid, og det er vi heller ikke interesserede i."

Prof. Hilton og kolleger undgår forurening ved at dække stenen med det lufttætte kammer og gentagne gange tømme den for de gasser, de opsamler til analyse. Senere, i laboratoriet, de skal bevise, at gasserne ikke kom fra andre kilder.

Alt moderne kulstof indeholder kulstof-14, en ustabil form for kulstof, der nedbrydes over tid. Gammelt kulstof fra klipper indeholder ikke længere noget af dette radioaktive kulstof, fordi det allerede er nedbrudt. "Dette er kritisk, for ellers kunne folk bare sige, at du måler kulstof fra en plante og dens rødder (inde i klippen), " sagde prof. Hilton.

En anden metode er at jage efter resterne af disse forvitringsreaktioner og bruge dem til at estimere fluxen. "Ideen her er, at når du nedbryder disse sten, du frigiver andre ting, som du måske kan spore. Så, for eksempel, vi kan måle vand i en å eller en flod og sige noget om de (kemiske) reaktioner, der sker opstrøms, " sagde prof. Hilton.

I et papir fra 2017, forfatterne, herunder prof. Hilton, målt mængden af ​​organiske kulstofpartikler i de suspenderede sedimenter fra Kosñipata-floden i Peru i løbet af et år. De fandt ud af, at der var en stor uoverensstemmelse mellem den estimerede erosion i Andesbjergene og det, der faktisk endte i floden nedstrøms. Dette rejser spørgsmål om det faktiske kulstofbudget for Amazonas-flodbassinet, menes at være en af ​​planetens største kulstofdræn.

Undersøgelse

Prof. Hilton undersøger i øjeblikket kulstofstrømme på steder rundt om i verden fra Canada til Frankrig og Schweiz til New Zealand.

"Vi erkender, at vi ikke kan måle flux overalt, " sagde Prof. Hilton. Vægtene er 'for enorme', men at have en række forskellige steder betyder, at de kan prøve at karakterisere flux for forskellige miljøer.

"En af grundene til at gøre dette er at kvantificere globale fluxer, men det vigtigere at sige er, hvorfor skulle denne flux ændre sig, hvad styrer det, og hvordan den reagerer på ting som ændringer i temperatur."

Prof. Hilton håber i sidste ende at kunne beskrive, hvordan flux har ændret sig i løbet af århundreder eller endda årtusinder. "Aspirationen er at kunne fortælle folk mere om, hvorfor denne proces ændrer sig over tid - i det fjerne, geologisk fortid eller endda (forudsige hvad der vil ske) i det næste århundrede."

Forskere, herunder prof. Hilton, har vist, at klima og en stigning eller et fald i regn og vandafstrømning påvirker, hvor hurtigt erosion finder sted. Målet er nu at forstå, om øget erosion kan afsløre endnu mere kulstof, der har ligget fastlåst i sten i årtusinder, og yderligere fremskynde klimaændringerne.

Dette er et spørgsmål, som Prof. Hilton også håber at få svar på.

"Hvordan kunne denne proces (flux) ændre sig for at påvirke den naturlige kulstofcyklus?" spurgte han. "(Dette) påvirker levetiden for kuldioxidemissioner i atmosfæren."