Ø-bygning i Sydøstasien skabte Jordens nordlige iskapper

Indlandsisen på Grønland skylder sin eksistens til væksten af ​​en bue af øer i Sydøstasien – der strækker sig fra Sumatra til Ny Guinea – over de sidste 15 millioner år, hævder en ny undersøgelse.

Ifølge en analyse foretaget af forskere ved University of California, Berkeley, UC Santa Barbara og et forskningsinstitut i Toulouse, Frankrig, da det australske kontinent skubbede disse vulkanske øer ud af havet, klipperne blev udsat for regn blandet med kuldioxid, som er surt. Mineraler i klipperne opløst og vasket med kulstoffet ud i havet, forbruger nok kuldioxid til at afkøle planeten og give mulighed for store iskapper over Nordamerika og Nordeuropa.

"Du har Australiens kontinentale skorpe, der bulldozerer ind i disse vulkanske øer, giver dig virkelig høje bjerge lige syd for ækvator, "sagde Nicholas Swanson-Hysell, lektor i jord- og planetvidenskab ved UC Berkeley og seniorforfatter af undersøgelsen. "Så, du har denne store stigning i landareal, der er ret stejlt, i en region, hvor det er varmt og vådt og mange stenarter, der har evnen til naturligt at opsamle kulstof. "

Startede for omkring 15 millioner år siden, denne tropiske bjergbygning trak kuldioxid ned i atmosfæren, formindske styrken af ​​drivhuseffekten og afkøle planeten. For omkring 3 millioner år siden, Jordens temperatur var kølig nok til at tillade sne og is at forblive gennem sommeren og vokse til enorme iskapper over den nordlige halvkugle, som det, der dækker Grønland i dag.

Da iskapperne på den nordlige halvkugle voksede, anden klimadynamik førte til en cyklus af glaciale maksima og minima hver 40. 000 til 100, 000 år. Ved det seneste glaciale maksimum, omkring 15, For 000 år siden, massive iskapper dækkede det meste af Canada, de nordlige dele af USA, samt Skandinavien og meget af de britiske øer.

"Hvis det ikke var for kulstofbindingen, der sker på de sydøstasiatiske øer, vi ville ikke være endt med klimaet, der inkluderer en grønlandsk indlandsis og disse glaciale og mellemistider, "Sagde Swanson-Hysell." Vi ville ikke have krydset dette atmosfæriske CO ₂ tærskel for at starte indlandsisen på den nordlige halvkugle."

Den periodiske vækst og tilbagegang for de nordlige indlandsis - cyklussen med glaciale maxima og minima - er sandsynligvis udskudt, på grund af menneskelige emissioner, der har øget kuldioxidkoncentrationerne i atmosfæren.

"En proces, der tog millioner af år, har vi vendt på 100 år, "Sagde Swanson-Hysell." I løbet af de næste tiere til hundredtusinder af år, geologiske processer på steder som Sydøstasien vil igen mindske CO ₂ niveauer i atmosfæren - et tempo, der er frustrerende langsomt, når menneskeheden står over for virkningen af ​​den nuværende globale opvarmning. "

UC Berkeley doktorand Yuem Park, Swanson-Hysell og deres kolleger, herunder Francis Macdonald fra UC Santa Barbara og Yves Goddéris fra Géosciences Environnement Toulouse, vil offentliggøre deres resultater i denne uge i tidsskriftet Procedurer fra National Academy of Sciences .

Forvitring af klippesekventer kulstof

Geologer har længe spekuleret i de processer, der periodisk opvarmer og afkøler planeten, lejlighedsvis dækker hele kloden med is og forvandler den til en såkaldt sneboldjord.

Når forskerne indså det, i løbet af millioner af år, tektoniske processer flytter landmasser rundt på planeten som massive puslespilsbrikker, de søgte en forbindelse mellem kontinentale bevægelser - og kollisioner - og istider. Jordens kredsløb er ansvarlige for de 40, 000- eller 100,- 000-års udsving i temperatur, der ligger over den langsigtede opvarmning og afkøling.

Stigningen af ​​Himalaya i Asien i de midterste breddegrader i løbet af de sidste 50 millioner år har været en primær kandidat til afkøling og starten på et glacialt klima efter et udvidet geologisk interval uden iskapper. Et par år siden, imidlertid, Swanson-Hysell og Macdonald så en sammenhæng mellem bjergbygning i tropiske områder og begyndelsen af ​​tidsintervaller med istider over de sidste 500 millioner år.

I 2017, de foreslog, at en større istid for 445 millioner år siden blev udløst af bjergbygning i troperne, og de fulgte det i 2019 med en mere fuldstændig korrelation af de sidste fire tidsintervaller af glacialt klima og kollisioner mellem kontinenter og tropiske øbuer. De hævder, at kombinationen af ​​øget eksponering af sten med mineraler, der kan binde kulstof og en overflod af varm tropisk regn, er særlig effektiv til at trække kuldioxid fra atmosfæren.

Processen involverer kemisk opløsning af de sten, der forbruger kuldioxid, som derefter er låst i karbonatmineraler, der danner kalksten i havet. Calciumet i muslingeskaller, som du finder på stranden, kan være kommet ud af et tropisk bjerg på den anden side af jorden, Swanson-Hysell sagde.

"Vi opbyggede en ny database over disse typer af bjergbygningsbegivenheder og rekonstruerede derefter breddegraden, hvor de skete, " sagde Swanson-Hysell. "Så så vi, Hej, der er meget afkøling, når der er meget af denne type bjerg, der bygges i troperne, som er de sydøstasiatiske omgivelser. De sydøstasiatiske øer er den bedste analog for processer, som vi også ser længere i fortiden."

For det aktuelle papir, Parkere, Swanson-Hysell og Macdonald gik sammen med Goddéris for at modellere mere præcist, hvad kuldioxidniveauet ville være med ændringer i størrelsen af ​​de sydøstasiatiske øer.

Forskerne genskabte først størrelsen af ​​øerne, da de voksede i løbet af de sidste 15 millioner år, fokuserer primært på de største:Java, Sumatra, Filippinerne, Sulawesi og Ny Guinea. De beregnede, at øernes areal steg fra 0,3 millioner kvadratkilometer for 15 millioner år siden til 2 millioner kvadratkilometer i dag. UC Santa Barbara kandidatstuderende Eliel Anttila, som var bachelorstuderende i jord- og planetvidenskab ved UC Berkeley og er medforfatter til papiret, bidraget til dette aspekt af forskningen.

De brugte derefter Godderis 'GEOCLIM computermodel til at estimere, hvordan væksten på disse øer ændrede kulstofniveauer i atmosfæren. Sammen med UC Berkeley postdoc Pierre Maffre, der for nylig har opnået sin ph.d. i Godderis 'laboratorium, de opdaterede modellen for at tage højde for den variable effekt af forskellige stentyper. Modellen er koblet sammen med en klimamodel for at relatere CO ₂ niveauer til globale temperaturer og nedbør.

De fandt ud af, at stigningen i landareal langs den sydøstlige kant af Stillehavet svarede til global afkøling, som rekonstrueret fra oxygen -isotopsammensætninger i havsedimenter. Kuldioxidniveauerne udledt af modellen matcher også nogle målebaserede estimater, selvom Swanson-Hysell indrømmer, at estimering af CO ₂ niveauer for mere end en million år siden er vanskeligt og usikkert.

Baseret på deres model, kemisk forvitring på de sydøstasiatiske øer alene reducerede CO ₂ niveauer fra mere end 500 dele per million (ppm) for 15 millioner år siden til ca. 400 ppm for 5 millioner år siden og, endelig, til præindustrielle niveauer på 280 ppm. Forbrænding af fossilt brændstof har nu hævet niveauet af kuldioxid i atmosfæren til 411 ppm - niveauer, der ikke er set på Jorden i millioner af år.

Mens tærsklen for arktisk istid anslås at være omkring 280 ppm kuldioxid, tærsklen for isdannelse på Sydpolen er meget højere:cirka 750 ppm. Det er derfor, de antarktiske iskapper begyndte at dannes meget tidligere, for omkring 34 millioner år siden, end dem i Arktis.

Mens forskernes model ikke tillader dem at isolere de klimatiske virkninger af Himalayas stigning, alene deres sydøstasiatiske ø-scenarie kan forklare udseendet af indlandsis på den nordlige halvkugle. De undersøgte virkningen af ​​vulkanske begivenheder, der fandt sted på samme tid, inklusive massive lavastrømme, eller oversvømmelsesbasalter, såsom dem i Etiopien og Nordamerika (colombianske fælder). Selvom forvitring af sådanne sten er blevet foreslået som en istidsudløser, modellen viser, at denne aktivitet spillede en mindre rolle, sammenlignet med stigningen i de sydøstasiatiske øer.

"Disse resultater fremhæver, at jordens klimatilstand er særlig følsom over for ændringer i tropisk geografi, " konkluderer forfatterne.

Swanson-Hysell krediterer campusens France-Berkeley Fund for at stille ressourcer til et indledende samarbejde med Goddéris, der førte til et stort samarbejdstilskud fra National Science Foundation's (NSF's) Frontier Research in Earth Science-program for at fortsætte forskningen, der resulterede i dette papir.

Det fransk-amerikanske hold planlægger at modellere andre tidligere istider, inklusive den i Ordovicium-perioden for 445 millioner år siden, i 2017, De foreslåede Swanson-Hysell og Macdonald blev udløst af en kollision, der lignede den, der forekommer i dag på de sydøstasiatiske øer. Denne kollision fandt sted under den første fase af Appalachian-bjergbygningen, da det nuværende østlige USA lå i troperne.