Углерод в недрах Земли оказался ещё важнее, чем считалось ранее

Углерод в недрах Земли оказался ещё важнее, чем считалось ранее

9031

Фото: © wikimedia.org

Новая работа указывает, что он может определять не только климат планеты, но и доступность важных минералов и микроэлементов для населяющих её живых существ.

 

Учёные из Чикагского университета (США) обнаружили, что углекислый газ, попадающий в мантию Земли, превращается там в карбонат-ионы, имеющие намного большую химическую активность по сравнению с самим газом. Открытие означает, что представления о глобальном углеродном цикле, регулирующем климат планеты, во многом были построены на неверном основании. Продолжающийся рост содержания углекислого газа в воздухе приведёт не к снижению обмена минералами между верхними слоями планеты и нижними, а напротив, к его резкой активации. Соответствующая статья опубликована в журнале Science Advances.

В новой работе исследователи использовали моделирование на основе базовых принципов взаимодействия молекул углекислого газа и воды при большом давлении и температуре. У них получилось, что вопреки ранее общепринятому мнению, углекислый газ в воде в верхних слоях мантии не остаётся стабильным. Углерод из него становится более активным химически, образуя карбонат-ионы СО32−.

Такой переход наступает при давлении примерно в 11 гигапаскалей и температуре 1000 кельвинов. В результате этого химическая активность воды, в которой растворены соединения углерода, на самом деле не падает, а растёт, причём сильно. Вода, со временем способная мигрировать обратно в верхние слои планеты, захватывает по пути больше солей различных веществ. Таким образом, периоды повышенного содержания углекислого газа в атмосфере оборачиваются не снижением химического обмена между поверхностью планеты и литосферой, а напротив, его ускорением. Это может иметь существенное значение для химического состава морской воды и для условий, в которых живут морские организмы, доминирующие на планете по биомассе.

Климат Земли регулируется главным образом углеродным циклом. Так называют процесс круговорота углеродсодержащих соединений между атмосферой, океаном и верхними слоями земной мантии. Двуокись углерода из атмосферы на суше связывается горными породами, а в океане — организмами, строящими на их основе раковины. После их смерти раковины падают на дно океана. В ходе движения тектонических плит раковины и горные породы погружаются в верхние слои мантии.

Если процесс связывания углекислого газа идёт слишком быстро (такое бывает при высокой температуре), то он накапливается в мантии быстрее, отчего его концентрация в воздухе падает и Земля охлаждается. От этого связывание углекислого газа замедляется, а вулканы выбрасывают его обратно из мантии с той же скоростью. Поэтому со временем температура снова растёт. У этого механизма поддержания стабильной температуры поверхности бывают "поломки", но в целом он работает и имеет колоссальное значение для биосферы. Однако некоторые детали его работы до сих пор известны мало.

Большим вопросом остаётся то, как колебания в скорости захоронения углекислого газа влияют на химию земной поверхности. Главным источником ряда минералов на ней является океанская вода, просачивающаяся в верхние слои литосферы. Когда теплеет, количество углекислого газа, растворённого в воде, резко растёт. На поверхности углекислый газ снижает химическую активность воды, и она хуже растворяет минералы.

Считалось, что так же дело обстоит и в мантии. Погружаясь в литосферу, богатая парниковым газом вода замедляет скорость выноса минералов на поверхность. Если такое будет продолжаться долго, могут начаться проблемы. Соли из морской воды — важный источник минералов для живых организмов. Предполагалось, что долгие периоды высокого содержания СО2 в воде снижают доступность минералов и микроэлементов для живых существ.

Комментарии: 
  • Популярные
  • По времени
Похоже, что вы используете блокировщик рекламы :(
Чтобы пользоваться всеми функциями сайта, добавьте нас в исключения!
как отключить
×