Siła wulkanów w zmianie klimatu Ziemi może nie jest tak stara, jak dotychczas sądzono.
Przez historię naszej planety klimat zmieniał się między „lodowcowymi” a „szklarnianymi” warunkami, głównie determinowanymi poziomem gazów cieplarnianych, takich jak dwutlenek węgla, w atmosferze.
Łuki wulkaniczne, gigantyczne łańcuchy wybuchających szczytów w miejscach takich jak Japonia, mogą w tym brać udział poprzez uwalnianie CO2 z wnętrza Ziemi. Jednak badania modelowe prowadzone przez Bena Mathera na Uniwersytecie w Melbourne, w Australii, sugerują, że stały się one dominującym źródłem emisji węgla pod koniec ery dinozaurów, około 100 milionów lat temu.
Jest to spowodowane tym, że około 150 milionów lat temu pojawiły się w oceanach fitoplanktony z łuskami z węglanu wapnia. Kiedy te planktony umierają, zostawiają ogromne złogi węglanu wapnia na dnie oceanu, mówi Mather.
Podczas przemieszczania się płyt tektonicznych i ich rekultywacji w płynne wnętrze Ziemi poprzez wsuwanie się pod siebie, proces znany jako subdukcja, te ogromne zbiorniki zgromadzonego węgla kończą wypychane do płaszcza.
„Większość węgla pochodzącego z planktonów, które opuszcza zsuwającą się płytę oceaniczną, zostanie wymieszana z płynnym wnętrzem, ale część z niego zostanie emitowana przez wulkany-łuki wulkaniczne” – mówi Mather.
Jednak przed 150 milionami lat temu materiał emitowany przez łuki wulkaniczne był stosunkowo ubogi w CO2 z powodu braku tych łuskowatych planktonów, mówi Mather.
On i jego koledzy stworzyli modele ostatnich pół miliarda lat tektoniki płyt i jej roli w obiegu węgla. Odkryli, że przez większość historii Ziemi większość węgla zamkniętego wewnątrz planety uwalniana była w szczelinach skorupy ziemskiej w procesie zwany riftingiem, a nie przez łuki wulkaniczne.
Rifting jest procesem, w wyniku którego kontynenty zostają rozerwane na geologiczne skalę i może występować na lądzie, na przykład w Wielkim Rowie Wschodnioafrykańskim, albo wzdłuż grzbietów śródoceanicznych.
„Gdy płyty tektoniczne są rozsuwane, w zasadzie, dokonuje się 'odkrycie’ części płynnego wnętrza Ziemi” – mówi Mather. „Kiedy to następuje, nowa skorupa jest formowana na grzbietach śródoceanicznych i wypuszczany jest węgiel.”
Ilość węgla uwalnianego do atmosfery z riftów kontynentalnych i grzbietów śródoceanicznych zależy od długości rify i prędkości, z jaką się oddalają, mówi Mather, ale proporcja uwalnianego wcześniej węgla pozostała względnie stała. „Ale emisje z łuków wulkanicznych znacznie wzrosły w ciągu ostatnich 100 milionów lat dzięki temu nowemu zbiornikowi węgla na dnie morskim pochodzącym od planktonów węglanu wapnia” – mówi. „W porównaniu z 150 milionami lat temu, łuki wulkaniczne teraz emitują o dwie trzecie więcej węgla.”
Obecnie Ziemia znajduje się w krótkim, ciepłym okresie znanym jako interglacjał w ramach znacznie dłuższej epoki lodowcowej, rozpoczętej 34 miliony lat temu. Jednym z czynników przyczyniających się do trwającego chłodnego okresu jest to, że te fitoplanktony pobierają tak dużo węgla z oceanu i zamykają go w dnie morskim. Chociaż ilość węgla w erupcjach łuków wulkanicznych wzrosła, nadal jest ona mniejsza niż to, co fitoplanktony przechowują na dnie morskim i to, co jest wciągane do wnętrza Ziemi przez ruchy tektoniczne.
Alan Collins z Uniwersytetu w Adelajdzie w Australii mówi, że prace modelowe, takie jak ta, są kluczowe dla zrozumienia, jak wpływ wulkanizmu i aktywność tektoniczna na klimat zmieniły się w czasie.
„Skład osadów oceanicznych zmienił się w miarę, jak różne stworzenia ewoluowały, wykorzystując różne pierwiastki w ich składzie, takich jak ewolucja i progresywne zdominowanie zooplanktonów węglanu wapnia” – mówi Collins.
Źródło: Nature Communications Earth and Environment, DOI TK
