Планините дишат: изхвърлят 100 мегатона въглерод в атмосферата годишно

Планините изпускат същото количество въглерод годишно, колкото и вулканите – около 100 мегатона, а учените знаят все още много малко за този процес. Разбирането на тези емисии ще ни каже повече за техния ефект върху климата, както в миналото, така и в бъдещето.

Движещите се тектонски плочи под земната повърхност създават вулканите, които изригват, изхвърляйки газове и разтопена скала. Но когато тектонските плочи се движат бавно, те стават причина за издигане на планините – и изпускане на повърхността на въглерод, който е бил погребан под земята в продължение на хилядолетия.

Докато хората изхвърлят безпрецедентни количества въглероден диоксид в атмосферата, изследователите искат да разберат как работи естественият въглероден цикъл и как той ще бъде повлиян не само от увеличения въглерод в атмосферата, но и от повишаващите се температури и промените в метеорологичните модели при глобалното изменение на климата.

В продължение на милиони години въглеродът лежи натрупан под планините. Част от него някога е бил в черупките на миниатюрни организми по морското дъно или в мъртви дървета, погребани под тежестта на почвата, която с времето се циментирала в скала. Но докато тектонските плочи на Земята се разместват в продължение на хилядолетия, скални плочи, които някога са лежали в дъното на океан, се сриват или пък издигат до големи височини в планините.

„Когато тези скали са изложени в близост до повърхността, кислородът във въздуха и във водата може да реагира с органичната материя в тези скали и да освободи въглерода като въглероден диоксид“, обясни професор Робърт Хилтън, геолог от университета в Дърам, Обединеното кралство . „Това е като дишането на Земята, тази консумация на органична материя и бавно освобождаване.“

Животът, какъвто го познаваме, зависи от въглерода, а движението му между сушата, океаните и атмосферата се нарича „въглероден цикъл“.

Проф. Хилтън ръководи проект, наречен ROC-CO2, който има за цел да определи количествено приноса на органичния въглерод в планинските скали в този естествен въглероден цикъл.

В предишните модели се смяташе, че планините улавят въглерода от атмосферата. Въглеродната киселина и водата разрушават минералите и скалите, а въглеродът потича към океана през реките. Но отделянето на органичен въглерод чрез ерозия може да намали количеството въглерод, който предполагаме, че се отделя от атмосферата. Тези приноси – и знаейки как ще се променят, когато планетата стане по-гореща – са важни, за да разберем в какъв свят ще живеем след един век.

Има много пропуски в нашето разбиране за въглеродния цикъл, най-вече за процесите, протичащи на сушата, а не в океаните, според професор Сюзън Тъмбър, директор на Института за биогеохимия Макс Планк в Германия. „С изменението на климата, промените в количеството на въглеродния диоксид, промените в самите екосистеми чрез промяна на фауната, новите болести и новите видове, правят способността за прогнозиране на бъдещето по-лоша. Ние по принцип не разбираме тези процеси “, обяснява тя.

По време на докторантурата си проф. Хилтън призна ролята на планинската ерозия като един от тези пропуски. „Бях изумен, че някои от тези аспекти са толкова слабо разбрани“, каза той.

Докато свързаните с човека въглеродни емисии и техните ефекти са основен акцент в климатичните изследвания – те представляват около 9 400 мегатона въглерод, почти 100 пъти повече от планинските или вулканичните влияния, но по-малкият принос също е важно парче от пъзела и се случва в по-дълги времеви граници. Техните ефекти се усещат от векове и са неразделна част от нашия климат. От друга страна, антропогенните въглеродни емисии се появяват в много кратък период от време, причинявайки безпрецедентна скорост на промяна в естествените системи.

„Трябва да разберем как е действало (планинското изветряне) в миналото“, каза проф. Хилтън. Той е важен, казва той, защото въглеродният цикъл е толкова тясно свързан с климата на Земята, което от своя страна поставя рамката за еволюцията на растенията и животните.

А с планините и ерозията „повърхността на сушата се обновява през цялото време от материал, който се движи по склонове, привеждайки нови скали в контакт с атмосферата и водата.“

Професор Софи Опфергелт, геолог от UC Louvain в Белгия, която изследва химическото изветряне на скалите, описва планините и атмосферните влияния като голям реактор.

„Планините са начини за въвеждане на материали в реактора. Когато има издигане на планина или ерозия, излагате повече минерали и повърхности на атмосферни влияния “, каза тя.

Чрез ROC-CO2 проф. Хилтън и колегите му разработват техники за измерване на скоростта на въглеродните емисии или потока от планините.

Една техника, която те описват в скорошна статия, измерва директно въглеродните емисии на планината чрез пробиване на 40-сантиметрова дупка в скалата и издигане над нея на херметическа камера за измерване на количеството на отделяния въглерод.

„В атмосферата има въглерод навсякъде около нас и не искаме да измерваме това“, каза проф. Хилтън. „Когато издишваме, издишваме много въглерод и сме много сигурни, че не искаме да го измерваме. Когато растенията издишат, те отделят въглероден диоксид и ние също не се интересуваме от това. “

Проф. Хилтън и колегите му избягват замърсяването, като покриват скалата с херметичната камера и многократно я изпразват от насъбралите се газове, за да ги изследват. По-късно в лабораторията те доказват, че тези газове не идват от други източници.

Целият съвременен въглерод съдържа въглерод-14, нестабилна форма на въглерод, която се разгражда във времето. Древният въглерод от скалите вече не съдържа нито един от този радиоактивен въглерод, защото той вече се е разпаднал. „Това е критично, защото в противен случай хората могат просто да кажат, че измерваме въглерод от растение и неговите корени (вътре в скалата)“, каза проф. Хилтън.

Друг метод е да се улавят остатъците от тези атмосферни реакции и да се използват за оценка на потока. „Идеята тук е, че когато разрушите тези скали, освобождавате други неща, които може да проследите. Така че, например, можем да измерваме водата в поток или река и да кажем нещо за (химическите) реакции, случващи се нагоре по течението „, каза проф. Хилтън.

В документ от 2017 г. авторите, включително проф. Хилтън, измерват количеството на органичните въглеродни частици в суспендираните седименти от река Косипата в Перу в продължение на една година. Те откриват, че има голямо разминаване между прогнозираната ерозия в Андите и това, което всъщност се озовава в реката надолу по течението. Това повдига въпроси относно действителното въглеродно натрупване в басейна на река Амазонка, която се смята, че извършва едно от най-големите поглъщания на въглерод в света.

В момента проф. Хилтън проучва потоците на въглерод в обекти по света от Канада до Франция и от Швейцария до Нова Зеландия.

„Ние признаваме, че не можем да измерваме потока навсякъде“, каза проф. Хилтън. Везните са „твърде гигантски“, но наличието на разнообразни места означава, че можем да се опитаме да характеризираме потока за различни среди.

„Една от причините да се направи това е да се определи количеството на световните потоци, но по-важното е да се каже защо този поток ще се промени, какво го контролира и как реагира на неща като промени в температурата.“

Проф. Хилтън в крайна сметка се надява да опише как потокът се е променил в течение на векове или дори хилядолетия. „Целта е да можем да разкажем на хората повече защо този процес се променя с течение на времето – в далечното, геологическо минало или дори (да прогнозираме какво ще се случи) през следващия век.“

Изследователи, включително проф. Хилтън, показаха, че климатът и увеличаването или намаляването на дъжда и изтичането на вода влияят върху това колко бързо се извършва ерозията. Целта е сега да разберем дали засилената ерозия може да открие още повече въглерод, който лежи затворен в скалите от хилядолетия, и допълнително да ускори изменението на климата. Това е въпрос, на който проф. Хилтън също се надява да отговори.