Forståelse af det dybe kulstofkredsløb

Nye geologiske fund om sammensætningen af ​​Jordens kappe hjælper videnskabsmænd med bedre at forstå langsigtet klimastabilitet og endda hvordan seismiske bølger bevæger sig gennem planetens lag.

Forskningen udført af et hold, der inkluderer forskere fra Case Western Reserve University, fokuserede på "den dybe kulstofkredsløb, "en del af den overordnede cyklus, hvorved kulstof bevæger sig gennem Jordens forskellige systemer.

I enkleste vendinger, det dybe kulstofkredsløb involverer to trin:

1. Overflade kulstof, mest i form af karbonater, bringes ind i den dybe kappe ved at subducere oceaniske plader ved havgrave.
2. Dette kulstof returneres derefter til atmosfæren som kuldioxid (CO ₂ ) gennem kappesmeltning og magma-afgasningsprocesser ved vulkaner

Forskere har længe haft mistanke om, at delvist smeltede bidder af dette kulstof er bredt fordelt i hele Jordens solide kappe.

Hvad de ikke helt har forstået er, hvor langt nede i kappen de kan findes, eller hvordan den geologisk langsomme bevægelse af materialet bidrager til kulstofkredsløbet ved overfladen, som er nødvendig for selve livet.

Dyb kulstof- og klimaforandringer

"Cirkulering af kulstof mellem overfladen og det dybe indre er afgørende for at opretholde Jordens klima i den beboelige zone på lang sigt - hvilket betyder hundreder af millioner af år, " sagde James Van Orman, en professor i geokemi og mineralfysik ved College of Arts and Sciences ved Case Western Reserve og en forfatter om undersøgelsen, for nylig offentliggjort i Procedurer fra National Academy of Sciences .

"Lige nu, vi har en god forståelse af overfladereservoirerne af kulstof, men ved meget mindre om kulstoflagring i det dybe indre, som også er afgørende for dens cykling."

Van Orman sagde, at denne nye forskning viste - baseret på eksperimentelle målinger af de akustiske egenskaber af carbonatsmelter, og sammenligning af disse resultater med seismologiske data - at en lille del (mindre end en tiendedel af 1%) af carbonatsmelten sandsynligvis vil være til stede i hele kappen i dybder på omkring 180-330 km.

"Baseret på denne konklusion, vi kan nu estimere kulstofkoncentrationen i den dybe øvre kappe og konkludere, at dette reservoir rummer en stor masse kulstof, mere end 10, 000 gange massen af ​​kulstof i Jordens atmosfære, " sagde Van Orman.

Det er vigtigt, Van Orman sagde, fordi gradvise ændringer i mængden af ​​kulstof lagret i dette store reservoir, på grund af udveksling med atmosfæren, kan have en tilsvarende effekt på CO ₂ i atmosfæren - og derfor om langsigtede klimaændringer.

Den første forfatter til artiklen er Man Xu, der lavede meget af arbejdet som ph.d. studerende ved Case Western Reserve og er nu postdoc ved University of Chicago.

Andre på projektet var fra Florida State University, University of Chicago og Southern University of Science and Technology (SUSTech) i Shenzhen, Kina.

Forklaring af seismiske bølgehastighedsforskelle

Forskningen belyser også seismologi, især dyb jordforskning.

En måde, hvorpå geologer bedre forstår det dybe indre, er ved at måle, hvordan seismiske bølger genereret af jordskælv – hurtigt bevægende kompressionsbølger og langsommere forskydningsbølger – bevæger sig gennem jordens lag.

Forskere har længe undret sig over, hvorfor hastighedsforskellen mellem de to typer seismiske bølger - P-bølger og S-bølger - toppede på dybder på omkring 180 til 330 kilometer ind i Jorden.

Kulstofrige smelter synes at besvare det spørgsmål:små mængder af disse smelter kan spredes gennem den dybe øvre kappe og ville forklare hastighedsændringen, da bølgerne bevæger sig forskelligt gennem smelterne.