Onderzoekers hebben ontdekt dat de vorming en het uiteenvallen van supercontinenten gedurende honderden miljoenen jaren de vulkanische koolstofemissies regelt. De resultaten, gerapporteerd in het journaal Wetenschap , zou kunnen leiden tot een herinterpretatie van hoe de koolstofcyclus in de geschiedenis van de aarde is geëvolueerd, en hoe dit de evolutie van de bewoonbaarheid van de aarde heeft beïnvloed.

De onderzoekers, van de Universiteit van Cambridge, gebruikte bestaande metingen van koolstof en helium van meer dan 80 vulkanen over de hele wereld om de oorsprong te bepalen. Koolstof en helium die uit vulkanen komen, kunnen ofwel van diep in de aarde komen of dichtbij het oppervlak worden gerecycled, en het meten van de chemische vingerafdruk van deze elementen kan hun bron lokaliseren. Toen het team de gegevens analyseerde, ze ontdekten dat het grootste deel van de koolstof die uit vulkanen komt, wordt gerecycled aan de oppervlakte, in tegenstelling tot eerdere aannames dat de koolstof diep uit het binnenste van de aarde kwam. "Dit is een essentieel stukje geologische koolstofcycluspuzzel, " zei dr. Marie Edmonds, de senior auteur van de studie.

Gedurende miljoenen jaren, koolstof cycli heen en weer tussen het diepe binnenste van de aarde en het oppervlak. Koolstof wordt van het oppervlak verwijderd door processen zoals de vorming van kalksteen en het begraven en verval van planten en dieren, waardoor atmosferische zuurstof aan het oppervlak kan groeien. Vulkanen zijn een manier waarop koolstof naar de oppervlakte wordt teruggebracht, hoewel de hoeveelheid die ze produceren minder is dan een honderdste van de hoeveelheid koolstofemissies veroorzaakt door menselijke activiteit. Vandaag, het grootste deel van de koolstof uit vulkanen wordt aan het oppervlak gerecycled, maar het is onwaarschijnlijk dat dit altijd het geval was.

Vulkanen ontstaan ​​langs grote eiland- of continentale bogen waar tektonische platen botsen en de ene plaat onder de andere schuift, zoals de Aleoeten tussen Alaska en Rusland, de Andes van Zuid-Amerika, de vulkanen in heel Italië, en de Marianen in de westelijke Stille Oceaan. Deze vulkanen hebben verschillende chemische vingerafdrukken:de 'eilandboog'-vulkanen stoten minder koolstof uit die diep in de mantel komt, terwijl de vulkanen van de 'continentale boog' veel meer koolstof uitstoten die van dichter bij het oppervlak komt.

Gedurende honderden miljoenen jaren, de aarde heeft gefietst tussen perioden waarin continenten samenkomen en uiteenvallen. In perioden waarin continenten samenkomen, vulkanische activiteit werd gedomineerd door eilandboogvulkanen; en wanneer continenten uiteenvallen, continentale vulkaanbogen domineren. Dit heen en weer verandert de chemische vingerafdruk van koolstof die naar het aardoppervlak komt systematisch in de geologische tijd, en kan worden gemeten via de verschillende isotopen van koolstof en helium.

Variaties in de isotopenverhouding, of chemische vingerafdruk, koolstof worden gewoonlijk gemeten in kalksteen. Onderzoekers hadden eerder gedacht dat het enige dat de koolstofvingerafdruk in kalksteen zou kunnen veranderen, de productie van zuurstof uit de lucht was. Als zodanig, de koolstofisotoopvingerafdruk in kalksteen werd gebruikt om de evolutie van de bewoonbaarheid van het aardoppervlak te interpreteren. De resultaten van het Cambridge-team suggereren dat vulkanen een grotere rol speelden in de koolstofcyclus dan eerder werd begrepen, en dat eerdere aannames moeten worden heroverwogen.

"Dit zorgt ervoor dat we de evolutie van de koolstofcyclus fundamenteel opnieuw evalueren, " zei Edmonds. "Onze resultaten suggereren dat het kalksteenrecord volledig opnieuw moet worden geïnterpreteerd als de vulkanische koolstof die naar de oppervlakte komt de samenstelling van de koolstofisotoop kan veranderen."

Een goed voorbeeld hiervan is in het Krijt, 144 tot 65 miljoen jaar geleden. Gedurende deze periode was er een grote toename van de koolstofisotoopverhouding in kalksteen, wat is geïnterpreteerd als een toename van de zuurstofconcentratie in de lucht. Deze toename van zuurstof in de lucht was causaal verbonden met de proliferatie van zoogdieren in het late Krijt. Echter, de resultaten van het Cambridge-team suggereren dat de toename van de koolstofisotoopverhouding in de kalksteen bijna volledig te wijten zou kunnen zijn aan veranderingen in de soorten vulkanen aan de oppervlakte.

"Het verband tussen zuurstofniveaus en het begraven van organisch materiaal zorgde ervoor dat het leven op aarde zoals we dat kennen, kon evolueren, maar ons geologisch record van deze link moet opnieuw worden geëvalueerd, " zei co-auteur dr. Alexandra Turchyn, ook van het departement Aardwetenschappen.