Mudret i vandet:Forvitring kan fjerne mindre atmosfærisk kuldioxid end antaget

Forvitringen af ​​sten på Jordens overflade kan fjerne færre drivhusgasser fra atmosfæren end tidligere skøn, siger ny forskning fra University of Cambridge.

Fundene, udgivet i PNAS , foreslå Jordens naturlige mekanisme til at fjerne kuldioxid (CO ₂ ) fra atmosfæren via forvitring af klipper kan faktisk være svagere, end forskerne havde troet - hvilket sætter spørgsmålstegn ved klippernes nøjagtige rolle i at lindre opvarmning over millioner af år.

Forskningen tyder også på, at der kan være en hidtil ukendt vask, der tegner CO ₂ fra atmosfæren og påvirkning af klimaændringer over lange tidsskalaer, som forskere nu håber at finde.

Forvitring er den proces, hvorved atmosfærisk kuldioxid nedbryder sten og derefter bliver fanget i sediment. Det er en stor del af vores planets kulstofkredsløb, transport af kuldioxid mellem jorden, hav og luft, og påvirke de globale temperaturer.

"Forvitring er som en planetarisk termostat - det er grunden til, at Jorden er beboelig. Forskere har længe foreslået, at dette er grunden til, at vi ikke har en løbsk drivhuseffekt som på Venus, " sagde hovedforfatter Ed Tipper fra Cambridge's Department of Earth Sciences. Ved at låse kuldioxid væk i sedimenter, forvitring fjerner det fra atmosfæren over lange tidsskalaer, reducere drivhuseffekten og sænke de globale temperaturer.

Holdets nye beregninger viser, at verden over, vejrflux er blevet overvurderet med op til 28 %, med den største indvirkning på floder i bjergrige områder, hvor sten nedbrydes hurtigere.

De rapporterer også, at tre af de største flodsystemer på Jorden, herunder de nærliggende Gule og Salween-floder med deres oprindelse på det tibetanske plateau og Yukon-floden i Nordamerika, absorberer ikke kuldioxid over lange tidsskalaer - som man havde troet.

I årtier er det tibetanske plateau blevet påberåbt som et langsigtet dræn for kulstof og klimaformidler. Omkring 25 % af sedimentet i verdenshavene stammer fra plateauet.

"Et af de bedste steder at studere kulstofkredsløbet er floder, de er kontinenternes arterier. Floder er bindeleddet mellem den faste jord og oceanerne - og trækker sedimenter, der er forvitret fra landet, ned til oceanerne, hvor deres kulstof er låst inde i klipper, " sagde Tipper.

"Forskere har målt kemien i flodvande for at estimere forvitringshastigheder i årtier, " sagde medforfatter Victoria Alcock "Opløst natrium er et af de mest almindeligt målte produkter af forvitring - men vi har vist, at det ikke er så enkelt, og faktisk kommer natrium ofte andre steder fra."

Natrium frigives, når silikatmineraler, de grundlæggende byggesten i de fleste af Jordens klipper, opløses i kulsyre - en blanding af kuldioxid i atmosfæren og regnvand.

Imidlertid, holdet fandt ikke alt natrium kommer fra denne forvitringsproces. "Vi har fundet en yderligere kilde til natrium i flodvande over hele kloden, " sagde medforfatter Emily Stevenson. "Det ekstra natrium er ikke fra forvitrede silikatsten, som andre undersøgelser antager, men faktisk fra meget gammelt ler, som er ved at blive eroderet i flodoplande."

Tipper og hans forskergruppe studerede otte af de største flodsystemer på Jorden, en mission, der involverede 16 feltsæsoner og tusindvis af laboratorieanalyser i jagten på, hvor det ekstra natrium kom fra.

De fandt svaret i en suppeagtig 'gel' af ler og vand - kendt som kationbytterpuljen - som føres med af mudret flodsediment.

Udvekslingspuljen er en reaktiv bikube af kationer - positivt ladede ioner som natrium - som er svagt bundet til lerpartikler. Kationerne kan nemt skifte ud af gelen med andre elementer som calcium i flodvand, en proces, der kan tage blot et par timer.

Selvom det er blevet beskrevet i jord siden 1950'erne, den rolle, som udvekslingspuljen spiller i forsyningen af ​​natrium til floder, er stort set blevet forsømt.

"Den kemiske og isotopiske sammensætning af leret i udvekslingspuljen fortæller os, hvad de er lavet af, og hvor de kommer fra, " sagde medforfatter Alasdair Knight. "Vi ved, at mange af de ler, der er båret af disse floder, kommer fra gamle sedimenter, og vi foreslår, at noget af natriumet i floden skal komme fra disse ler."

Leret blev oprindeligt dannet fra kontinental erosion for millioner af år siden. På deres rejse nedstrøms høstede de kationer fra det omgivende vand - deres udvekslingsbassin opsamlede natrium, når de nåede havet. I dag, efter at være blevet løftet fra havbunden, disse gamle ler – sammen med deres natrium – eroderes nu af moderne floder.

Dette gamle natrium, som kan skifte ud af leret i udvekslingsbassinet og over i flodvand, er tidligere blevet forvekslet som de opløste rester af moderne forvitring.

"At generere kun ét datapunkt tog en enorm mængde arbejde i laboratoriet, og vi skulle også lave en masse matematik, " sagde Stevenson. "Det er som at blande en kage ud, bruge en retsmedicinsk tilgang til at isolere nøgleingredienser i sedimenterne, efterlader byttebassinet og leret. Folk har brugt de samme metoder i rigtig lang tid - og de virker - men vi har været i stand til at finde en ekstra ingrediens, der giver natrium, og vi skal tage højde for dette."

"Det er takket være det hårde arbejde fra mange samarbejdspartnere og studerende gennem mange år, at vores prøver havde mulighed for at få styr på denne komplekse kemiske proces på globalt plan, " sagde Tipper.

Forskere er nu overladt til at pusle over, hvad der ellers kunne absorbere Jordens kuldioxid over geologisk tid. Der er ingen bestemte kandidater - men en kontroversiel mulighed er, at livet fjerner kulstof fra atmosfæren. En anden teori er, at silikatopløsning på havbunden eller vulkanske buer kan være vigtig. "Folk har brugt årtier på at se på kontinenterne for vejrlig - så måske skal vi nu begynde at udvide, hvor vi ser ud, " sagde Tipper.