De italienske centrale Appenniner er en kilde til CO₂, viser undersøgelse

Tektonisk aktive bjerge spiller en vigtig rolle i den naturlige CO₂ regulering af atmosfæren. Konkurrerende processer finder sted her:På Jordens overflade driver erosion forvitringsprocesser, der absorberer eller frigiver CO₂ , afhængigt af stentypen. I dybden fører opvarmning og smeltning af karbonatsten til udgasning af CO₂ ved overfladen.

I de centrale italienske Apennin-bjerge har forskere ledet af Erica Erlanger og Niels Hovius fra GFZ German Research Center for Geosciences og Aaron Bufe fra Ludwig-Maximilians-Universität München nu for første gang undersøgt og afbalanceret alle disse processer i én region. — ved hjælp af blandt andet analyser af CO₂ indhold i bjergfloder og kilder. De fandt ud af, at forvitring i denne region fører til en samlet CO₂ optagelse.

Disse overfladenære processer bestemmer dog kun CO₂ balance i områder med en tyk og kold skorpe. På den vestlige side af Central Appenninerne er skorpen tyndere, og varmestrømmen er højere. Der, CO₂ udgasning fra dybder er op til 50 gange større end CO₂ optagelse gennem forvitring.

Alt i alt er det analyserede landskab et CO₂ udsender. Jordskorpens struktur og dynamik styrer derfor frigivelsen af ​​CO₂ her stærkere end kemisk forvitring. Undersøgelsen blev offentliggjort i dag i tidsskriftet Nature Geoscience .

Bjergenes rolle i Jordens CO₂ budget

Ud over menneskeskabt CO₂ emissioner, mange naturlige processer – både biologiske og geologiske – spiller også en rolle i at balancere den globale CO₂ budget. Bjerglandskaber modulerer kulstofkredsløbet kraftigt, og det er vigtigt at tage tilstrækkeligt hensyn til konkurrencen fra CO₂ emission og CO₂ optagelse, der forekommer her i klimamodeller.

På den ene side er sten på Jordens overflade forvitret af kemiske opløsningsprocesser:Erosion blotlægger kontinuerligt sten, som – afhængigt af stentypen – forvitrer med forskellig hastighed og enten absorberer eller frigiver CO₂ . Silikatmineraler binder for eksempel CO₂ og danner kalksten. Til gengæld frigiver forvitringen af ​​carbonat og sulfidholdige mineraler CO₂ .

Et forskerhold ledet af Aaron Bufe og Niels Hovius har undersøgt konkurrencen om CO₂ frigivelse og nedtrækning fra forvitring i en yderligere undersøgelse offentliggjort i tidsskriftet Science i begyndelsen af ​​marts. phys.org/news/2024-03-geologis … -ranges-largest.html">De analyserede indflydelsen af ​​erosionshastigheden på CO₂ balance ved at bruge forskellige bjergområder rundt om i verden som eksempel.

Bjergbyggeri påvirker dog ikke kun erosion og forvitringshastigheder på Jordens overflade. Hvor tektoniske plader glider hen over hinanden, kan opvarmning af karbonatsten i skorpen og kappen føre til kemiske reaktioner forbundet med CO₂ emissioner.

"Tidligere undersøgelser har ofte fokuseret på en enkelt proces og har behandlet forvitring på overfladen og processer i dybden hver for sig. Det ville vi lave om på," siger Niels Hovius.

Undersøgelser i Appenninerne:CO₂ udgasning eller opbevaring – hvilken proces dominerer?

Konkurrencen mellem nærliggende og dybtliggende processer er nu i fokus i en ny undersøgelse af Erica Erlanger, post-doc videnskabsmand ved GFZ og Université de Lorraine (Frankrig), Aaron Bufe, professor i sedimentologi ved LMU München og tidligere post-doc videnskabsmand ved GFZ og Niels Hovius, leder af Geomorphology Section ved GFZ og professor ved University of Potsdam, sammen med kolleger fra Frankrig, Italien, USA og Schweiz.

De centrale Apenninerne i Italien har vist sig at være et særligt velegnet område til denne undersøgelse, som Erica Erlanger, førsteforfatter til undersøgelsen, forklarer:"Dette område er en del af en aktiv bjergkæde med tætsiddende zoner med tyk, kold skorpe og tynd, varm skorpe, hvilket giver os mulighed for at undersøge indflydelsen af ​​underjordisk aktivitet. De klimatiske forhold såvel som topografien og stentyperne på overfladen er ens i hele området, så der burde ikke være store forskelle i forvitringsaktivitet."

Prøveudtagning og analyse af CO₂ indhold

I de vestlige centrale Apenniner er skorpetykkelsen omkring 20 kilometer, og varmefluxen er op til over 100 milliwatt per kvadratmeter, mens skorpen i øst er mere end 40 kilometer tyk, med en varmeflux på omkring 30 milliwatt per kvadrat. meter.

Forskerne tog i alt 104 vandprøver i det vestlige Tevere og det østlige Aterno-Pescara-flodsystem, 49 af dem i sommeren 2020 og 55 i vinteren 2021, der dækkede de varmeste og tørreste årstider og de vådeste og koldeste årstider for at estimere minimum ( sommer) og maksimal (vinter) CO₂ fluxer.

Vandprøver er velegnede, fordi floder og kilder transporterer kulstof, som stammer både fra dybder og fra forvitringsreaktioner nær overfladen. Den kemiske analyse af prøverne omfattede bestemmelse af den relative mængde af forskellige kulstofisotoper. Disse kan give information om, hvorvidt kulstoffet stammer fra en plante eller fra atmosfæren eller er blevet frigivet fra en subduceret sten.

"På dette grundlag var vi i stand til at beregne mængderne af CO₂ frigivet ved vejrlig eller fra karbonater i dybder, og mængderne af CO₂ bundet af forvitrede silikater," forklarer Erlanger.

For at estimere en samlet balance for CO₂ Appenninernes budget, tog forskerne også højde for estimater for uorganisk CO₂ emissioner fra gasventiler kendt fra den vestlige side af Appenninerne, samt fra organisk CO₂ udveksling.

Centrale Appenninerne som netto CO₂ kilde, men med en opdelt CO₂ balance

Forskerholdet fandt ud af, at forvitringsprocesserne i hele undersøgelsesområdet overvejende fanger CO₂ og slip det ikke. Bemærkelsesværdigt er det dog, hvor skorpen er tynd og varmestrømmen høj, CO₂ frigivelse fra dybder overstiger vejrligsrelateret CO₂ fluxer med en faktor på 10 til 50. Samlet set er regionen derfor en CO₂ kilde.

"Vigtigt, udsving i CO₂ frigivelse fra dybe bjergarter er meget større end fluktuationer i kemiske forvitringsfluxer. Det betyder, at den regionale geodynamik i de centrale Appenninerne påvirker kulstofkredsløbet stærkest ved at modulere frigivelsen af ​​CO₂ fra dybden og ikke ved at påvirke vejrreaktioner," opsummerer Erica Erlanger.

"Baseret på den geologiske udvikling i området vurderer vi, at CO₂ udgasning fra skorpen og kappen har sandsynligvis fundet sted i løbet af de sidste 2 millioner år."

"Vores undersøgelser vil bidrage til en bedre forståelse af den faktiske CO₂ balance for atmosfæren og dermed bedre langsigtede klimamodeller," siger Aaron Bufe. "De er også med til at afklare, hvordan vores planet har opretholdt den snævre række af forhold, der er befordrende for liv ved at balancere CO₂ afgasning og CO₂ lagringsprocesser over geologiske tider."

Niels Hovius siger:"Hvis vi ønsker at undersøge bjergenes rolle for Jordens kulstofkredsløb i en mere generel forstand, vil selv tilsyneladende simple geologiske spørgsmål kræve en mere holistisk tilgang. Af særlig interesse er geologisk unge bjergbælter ved pladegrænser, hvor karbonat klipper vil sandsynligvis dominere både nær overfladen og i dybden.

"Dagens middelhavsregion og andre forholdsvis unge bjergkæder, såsom den indonesiske øgruppe, udviser geologiske forhold og klippetyper svarende til de centrale Apenninerne. Så det næste store spørgsmål, vi står over for, er, om udgasning i aktive tektoniske områder kan være et globalt fænomen i rum og tid."

Flere oplysninger: Erica Erlanger et al., Dyb CO2-frigivelse og kulstofbudgettet for de centrale Apenniner moduleret af geodynamik, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01396-3

Journaloplysninger: Naturgeovidenskab , Videnskab

Leveret af Helmholtz Association of German Research Centres