Kviksølv stiger:Undersøgelse kaster nyt lys over gamle vulkaners miljøpåvirkning

Massive vulkanske begivenheder i Jordens historie, der frigav store mængder kulstof til atmosfæren, korrelerer ofte med perioder med alvorlige miljøændringer og masseudryddelser. En ny metode til at vurdere, hvor meget og hvor hurtigt kulstof der blev frigivet af vulkanerne, kunne forbedre vores forståelse af klimaresponsen, ifølge et internationalt hold ledet af forskere fra Penn State og University of Oxford.

Forskerne rapporterer i tidsskriftet Nature Geoscience at de har udviklet en ny teknik til at estimere overskydende kviksølv efterladt i klipperekorden på grund af gammel vulkansk aktivitet. Teknikken kan estimere kulstofemissioner fra store magmatiske provinser (LIP'er), vulkanske hændelser, der kan vare millioner af år og producere magma, der når Jordens overflade og danner lavastrømme hundreder af miles lange.

"Store magmatiske provinser bruges ofte som en analog til menneskeskabte klimaændringer, fordi de sker relativt hurtigt geologisk og frigiver en masse kuldioxid," sagde Isabel Fendley, assisterende forskningsprofessor i geovidenskab ved Penn State og hovedforfatter af undersøgelsen. "Men en stor udfordring, vi løser med denne undersøgelse, er, at det til dato har været virkelig svært at finde ud af præcis, hvor meget kulstof der blev frigivet af disse vulkaner."

Forskerne analyserede kerneprøver, der fanger en 20 millioner-årig rekord fra den tidlige jura-periode og fandt ud af, at kviksølvniveauet steg under topaktiviteten i Karoo-Ferrar store magmatiske provins og den tilhørende Toarcian Oceanic Anoxic Event, en periode med omfattende miljømæssig og klimaændringer for omkring 185 millioner år siden.

Imidlertid var de samlede estimerede kulstofemissioner ved brug af kviksølvregistreringer betydeligt lavere, end hvad kulstofcyklusmodeller havde forudsagt ville være nødvendigt for at forårsage de observerede miljøændringer.

Resultaterne tyder på, at vulkanismen udløste positive jordsystem-feedbacks - klima- og miljøreaktioner på den indledende opvarmning, der igen producerede mere opvarmning. Disse positive tilbagemeldinger kan være lige så vigtige som de primære emissioner i disse store kulstofemissionsscenarier, og nuværende kulstofcyklusmodeller kan undervurdere virkningerne af en given mængde emissioner, sagde forskerne.

"Det, dette viser os, er, at der er reaktioner fra Jordens system, der forværrer virkningerne af det kulstof, som vulkanerne udsendte," sagde Fendley. "Og baseret på vores resultater er disse feedback-processer faktisk ret vigtige, men ikke godt forstået."

Nøjagtige estimater af LIP kulstofemissioner er vigtige for at forstå virkningerne af positive og negative kulstofcyklusfeedbackprocesser på fremtidige klimafremskrivninger, sagde forskerne.

"Ud over historiske klimaændringer og forståelse af livets historie, er det også relevant for, hvordan vi forstår Jordens klima, og hvordan vi undersøger, hvad der sker med miljøet, efter at du har frigivet store mængder kuldioxid til atmosfæren," sagde Fendley.

Det har været en udfordring at estimere mængden af ​​kulstofemissioner forbundet med LIP'er, delvist fordi forskerne har en ufuldstændig registrering af, hvor meget lava der brød ud. Karoo-Ferrar LIP, for eksempel, fandt sted på det tidligere superkontinent Gondwana, og dette materiale er nu spredt ud over den sydlige halvkugle, der spænder over det moderne Sydlige Afrika, Antarktis og Tasmanien, sagde forskerne.

Forskerne vendte sig i stedet mod kviksølv, som frigives som en gas under vulkanudbrud, men som ellers sjældent blev fundet i høje koncentrationer i miljøet forud for menneskelig aktivitet. Ved at se på kemien af ​​sten i kerneprøverne var forskerne i stand til at bestemme, hvor meget kviksølv der ville forventes baseret på miljøforhold, og hvor meget ekstra der var til stede forårsaget af vulkanerne.

De udviklede en metode til at omregne de målte ændringer i kviksølvkoncentrationer til mængden af ​​kviksølvgasemissioner. Ved at bruge forholdet mellem kviksølvgasemissioner og kulstofemissioner i moderne vulkaner estimerede de, hvor meget kulstof de gamle vulkaner frigav.

Forskerne sagde, at kerneprøverne fra Mochras-borehullet i Wales, U.K., gav en unik mulighed for at udføre denne forskning. Den lange optegnelse viste det første klare bevis på, at der var betydeligt større vulkanudbrud i denne periode sammenlignet med de foregående 15 millioner år, sagde forskerne.

"Den store mængde af eksisterende geokemiske data fra Mochras Farm (Llanbedr) borehullet i Wales, boret af British Geological Survey, plus den meget begrænsede kronologi, gav en unik mulighed, der muliggjorde denne analyse," sagde Fendley. "De årtiers værdi af tidligere arbejde på Mochras-kernen gjorde os i stand til at rekonstruere originale gasstrømme over millioner af år, i perioder, der er traditionelle mål for palæo-miljøundersøgelser såvel som baggrundstilstanden."

Andre forskere på dette projekt var Joost Frieling, postdoc forskningsassistent, og Tamsin Mather og Hugh Jenkyns, professorer, ved University of Oxford; Michael Ruhl, assisterende professor ved Trinity College Dublin; og Stephen Hesselbo, professor ved University of Exeter.

Flere oplysninger: Isabel M. Fendley et al., emissioner af kulstofemissioner i stor magmatisk provins i tidlig jura, begrænset af sedimentært kviksølv, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01378-5

Journaloplysninger: Naturgeovidenskab

Leveret af Pennsylvania State University