science >> Wetenschap >  >> Natuur

Meer reactieve landoppervlakken koelden de aarde af

Zermatt in de westelijke Alpen. Credit:F. von Blanckenburg

Er zijn lange perioden van afkoeling geweest in de geschiedenis van de aarde. De temperatuur was al meer dan 10 miljoen jaar gedaald voordat de laatste ijstijd ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden begon. In die tijd, het noordelijk halfrond was bedekt met enorme ijsmassa's en gletsjers. Een geowetenschappelijk paradigma, al meer dan 20 jaar wijdverbreid, verklaart deze afkoeling met de vorming van de grote bergketens zoals de Andes, de Himalaya en de Alpen. Als resultaat, meer rotsverwering heeft plaatsgevonden, het paradigma suggereert. Dit verwijderde op zijn beurt meer koolstofdioxide (CO 2 ) uit de atmosfeer, zodat het broeikaseffect afnam en de atmosfeer afkoelde. Deze en andere processen leidden uiteindelijk tot de ijstijd.

In een nieuwe studie, Jeremy Caves-Rugenstein van ETH Zürich, Dan Ibarra van Stanford University en Friedhelm von Blanckenburg van het GFZ German Research Center for Geosciences in Potsdam konden aantonen dat dit paradigma niet kan worden gehandhaafd. Volgens het blad, verwering was constant gedurende de beschouwde periode. In plaats daarvan, verhoogde reactiviteit van het landoppervlak heeft geleid tot een afname van CO 2 in de atmosfeer, waardoor de aarde afkoelt. De onderzoekers publiceerden de resultaten in het tijdschrift Natuur .

Een tweede blik na isotopenanalyse

Het proces van steenverwering, en vooral de chemische verwering van gesteenten met koolzuur, heeft het klimaat op aarde miljarden jaren gecontroleerd. Koolzuur wordt geproduceerd uit CO 2 wanneer het oplost in regenwater. Verwering verwijdert dus CO 2 uit de atmosfeer van de aarde, precies in die mate dat vulkanische gassen de atmosfeer ervan voorzagen. Het paradigma dat tot nu toe wijdverbreid is, stelt dat met de vorming van de grote bergketens in de laatste 15 miljoen jaar, erosieprocessen zijn toegenomen - en daarmee ook de CO 2 - bindende steenverwering. Inderdaad, geochemische metingen in oceaansedimenten laten zien dat het aandeel CO 2 in de atmosfeer is in deze fase sterk afgenomen.

Bodemvorming in de Chileense kustbergen. De grond is al zwaar verweerd, maar granietblokken blijven achter en kunnen chemisch reageren:De 'reactiviteit' van deze grond is hoog. Credit:F. von Blanckenburg, GFZ

"De hypothese, echter, heeft een grote vangst, " legt Friedhelm von Blanckenburg van GFZ uit. "Als de atmosfeer daadwerkelijk zoveel CO . had verloren 2 zoals de verwering veroorzaakt door erosie zou hebben veroorzaakt, het zou nauwelijks CO . hebben gehad 2 vertrokken na minder dan een miljoen jaar. Al het water zou tot ijs zijn bevroren en het leven zou het moeilijk hebben gehad om te overleven. Maar dat was niet het geval."

dat deze twijfels terecht zijn, werd al aangetoond door von Blanckenburg en zijn collega Jane Willenbring in een onderzoek uit 2010, die verscheen in Natuur hetzelfde. "We gebruikten metingen van de zeldzame isotoop beryllium-10 geproduceerd door kosmische straling in de atmosfeer van de aarde en de verhouding ervan tot de stabiele isotoop beryllium-9 in oceaansediment om aan te tonen dat de verwering van het landoppervlak helemaal niet was toegenomen, ", zegt Friedhelm von Blanckenburg.

De 'reactiviteit' van het landoppervlak. Als er meer onverweerde mineraalkorrels zoals veldspaat of mica in de grond zitten, het kan net zo uitgebreid chemisch reageren met weinig CO2 als een reeds sterk verweerde bodem met veel CO2. Krediet:CC-BY 4.0:F. von Blanckenburg, GFZ

Het landoppervlak is reactiever geworden

In de nu gepubliceerde studie Grotten-Rugenstein, Ibarra en von Blanckenburg gebruikten bovendien de gegevens van stabiele isotopen van het element lithium in oceaansedimenten als indicator voor de verweringsprocessen. Ze wilden weten hoe, ondanks constante steenverwering, de hoeveelheid CO 2 in de atmosfeer zou zijn afgenomen. Ze voerden hun gegevens in een computermodel van de wereldwijde koolstofcyclus in.

Inderdaad, de resultaten van het model toonden aan dat het weerspotentieel van het landoppervlak is toegenomen, maar niet de snelheid waarmee het verweerde. De onderzoekers noemen dit potentieel van verwering de reactiviteit van het landoppervlak. "Reactiviteit beschrijft hoe gemakkelijk chemische verbindingen of elementen deelnemen aan een reactie, " legt Friedhelm von Blanckenburg uit. Als er meer niet-verweerde en dus meer reactieve rotsen aan de oppervlakte zijn, deze kunnen in totaal even uitgebreid chemisch reageren met weinig CO 2 in de atmosfeer zoals reeds zwaar verweerde rotsen zouden doen met veel CO 2 . De afname van CO 2 in de atmosfeer, die verantwoordelijk is voor de koeling, kan dus worden verklaard zonder een verhoogde snelheid van verwering.

"Echter, er is een geologisch proces nodig om het landoppervlak te verjongen en reactiever te maken, "zegt Friedhelm von Blanckenburg." Dit hoeft niet per se de vorming van grote bergen te zijn. evenzo, tektonische breuken, een kleine toename van erosie of de blootstelling van andere soorten gesteente kan ertoe hebben geleid dat er meer materiaal met verweringspotentieel aan het oppervlak te zien is. In elk geval, onze nieuwe hypothese moet aanleiding geven tot geologische heroverweging met betrekking tot de afkoeling vóór de laatste ijstijd."