Een nieuwe studie van de Universiteit van Washington toont aan dat het leerboek begrip van wereldwijde chemische verwering - waarin stenen worden opgelost, rivieren wegspoelen en uiteindelijk op de oceaanbodem terechtkomen om het proces opnieuw te beginnen - hangt niet af van de temperatuur op aarde zoals geologen hadden gedacht.

De studie, gepubliceerd op 22 mei in het open access tijdschrift Natuurcommunicatie , kijkt naar een belangrijk aspect van carbon cycling, het proces waarbij koolstofatomen tussen de lucht bewegen, rotsen en de oceanen. De resultaten stellen vraagtekens bij de rol van rotsen bij het instellen van de temperatuur van onze planeet over lange tijdschalen.

"Begrijpen hoe de aarde overging van een broeikasklimaat in het tijdperk van de dinosauriërs naar vandaag, zou ons kunnen helpen de langetermijngevolgen van toekomstige klimaatverandering beter te begrijpen, " zei corresponderende auteur Joshua Krissansen-Totton, een UW-promovendus in Aard- en ruimtewetenschappen.

Het huidige inzicht is dat het klimaat op aarde gedurende perioden van miljoenen jaren wordt gecontroleerd door een natuurlijke thermostaat die verband houdt met de verwering van rotsen. Kooldioxide komt vrij in de lucht door vulkanen, en dit gas kan dan oplossen in regenwater en reageren met siliciumrijke continentale gesteenten, chemische verwering van de rotsen veroorzaken. Deze opgeloste koolstof stroomt vervolgens door rivieren de oceaan in, waar het uiteindelijk wordt opgesloten in koolstofhoudende kalksteen op de zeebodem.

Als een krachtig broeikasgas, atmosferische kooldioxide houdt ook warmte van de zon vast. En een warmere aarde verhoogt de snelheid van chemische verwering, zowel door meer regenval te veroorzaken als door de chemische reacties tussen regenwater en gesteente te versnellen. Overuren, het verminderen van de hoeveelheid koolstofdioxide in de lucht door deze methode koelt de planeet, uiteindelijk het klimaat terugbrengen naar meer gematigde temperaturen - of zo gaat het leerboekbeeld.

"Het algemene idee was dat als er meer koolstofdioxide vrijkomt, de snelheid van verwering neemt toe, en het kooldioxidegehalte en de temperatuur worden gematigd, " co-auteur David Catling, een UW-hoogleraar aard- en ruimtewetenschappen. "Het is een soort thermostaat voor de lange termijn die de aarde beschermt tegen te warm of te koud worden."

De nieuwe studie begon toen onderzoekers de omstandigheden wilden bepalen tijdens het vroegste leven op aarde, zo'n 3,5 miljard tot 4 miljard jaar geleden. Ze testten eerst hun ideeën op wat volgens hen een redelijk goed begrepen tijdsperiode was:de afgelopen 100 miljoen jaar, wanneer gesteente en fossiele gegevens van temperaturen, koolstofdioxide niveaus en andere omgevingsvariabelen bestaan.

Het klimaat op aarde 100 miljoen jaar geleden was heel anders dan nu. Tijdens het midden van het Krijt, de polen waren 20 tot 40 graden Celsius warmer dan nu. Kooldioxide in de lucht was meer dan het dubbele van de huidige concentraties. Zeeën waren 100 meter (330 voet) hoger, en dinosaurussen zwierven in de buurt van de ijsvrije polen.

De onderzoekers creëerden een computersimulatie van de koolstofstromen die nodig zijn om alle geologische records te matchen, en reproduceert zo de dramatische overgang van het warme midden van het Krijt naar vandaag.

"We ontdekten dat om alle gegevens te kunnen verklaren - temperatuur, CO2, oceaan chemie, alles - de afhankelijkheid van chemische verwering van temperatuur moet veel zwakker zijn dan algemeen werd aangenomen, "Zei Krissansen-Totton. "Je moet ook iets anders hebben dat de verweringssnelheid verandert dat niets met temperatuur te maken heeft."

Geologen hadden eerder geschat dat een temperatuurstijging van 7 C de snelheid van chemische verwering zou verdubbelen. Maar de nieuwe resultaten laten zien dat meer dan drie keer die temperatuursprong, of 24 C, is nodig om de snelheid waarmee gesteente wordt weggespoeld te verdubbelen.

"Het is gewoon een veel minder efficiënte thermostaat, ' zei Krissansen-Totton.

De auteurs suggereren dat een ander mechanisme dat de snelheid van verwering regelt, is hoeveel land wordt blootgesteld boven zeeniveau en de steilheid van het aardoppervlak. Toen het Tibetaanse plateau zo'n 50 miljoen jaar geleden werd gevormd, de steilere oppervlakken kunnen de globale snelheid hebben verhoogd

van chemische verwering, het onttrekken van meer CO2 en het terugbrengen van het klimaat naar de meer gematigde temperaturen van vandaag.

"Achteraf gezien, onze resultaten zijn heel logisch, Catling zei. "Rotsen vertellen ons dat de aarde grote temperatuurschommelingen heeft gehad in de geologische geschiedenis, dus de natuurlijke thermostaat van de aarde kan niet erg strak zijn."

Hun berekeningen wijzen ook op een sterkere relatie tussen atmosferische CO2 en temperatuur, bekend als klimaatgevoeligheid. De verdubbeling van de CO2 in de atmosfeer leidde uiteindelijk tot een stijging van de temperatuur op aarde met 5 of 6 graden Celsius. dat is ongeveer het dubbele van de typische prognoses voor temperatuurverandering door de eeuwen heen voor een vergelijkbare verdubbeling van CO2 als gevolg van menselijke emissies.

Hoewel niet het laatste woord, onderzoekers zeiden, deze cijfers zijn slecht nieuws voor de klimaatveranderingen van vandaag.

"Wat dit alles betekent, is dat op de zeer lange termijn, onze verre afstammelingen kunnen veel langer meer opwarming verwachten als het kooldioxidegehalte en de temperatuur blijven stijgen, ' zei Catling.

De onderzoekers gaan hun berekeningen nu toepassen op andere perioden uit het geologische verleden.

"Dit zal gevolgen hebben voor de koolstofcycli voor andere tijden in de geschiedenis van de aarde en in de toekomst, en mogelijk voor andere rotsachtige planeten buiten het zonnestelsel, ' zei Krissansen-Totton.