Ongeveer 250 miljoen jaar geleden, een enorme vulkaanuitbarsting overspoelde het hedendaagse Siberië met lava, het creëren van de Siberische vallen, gigantische plateaus gemaakt van meerdere lagen lava. De uitbarsting bracht ook enorme hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer vrij die het klimaat snel veranderde en de Perm-Trias massale uitsterving veroorzaakte die meer dan 90% van de mariene soorten en 70% van de terrestrische soorten vernietigde. Na de uitbarsting, echter, de Siberische vallen begonnen atmosferisch koolstofdioxide terug in de korst te trekken door verwering en erosie. De Siberische Vallen zijn de grootste van verschillende overstromingen van basalt, genaamd Grote Igneous Provincies (LIP's), die zich hebben voorgedaan tijdens de geschiedenis van de aarde en die waarschijnlijk een rol hebben gespeeld bij het reguleren van het klimaat op aarde.

In een nieuwe krant in Geofysische onderzoeksbrieven , hoofdauteur Louis Johansson, samen met Deep Carbon Observatory-leden Sabin Zahirovic en Dietmar Muller van de University of Sydney's School of Geosciences modelleerden de uitbarsting van LIP's en hun beweging als gevolg van platentektoniek over de hele wereld gedurende de laatste 400 miljoen jaar.

De onderzoekers vergeleken de timing van LIP-uitbarsting en verwering met schattingen van atmosferische koolstofdioxide om te zien of uitbarstingen en verwering een controlerend effect hadden. Door hun analyse waren de onderzoekers in staat om specifieke tijden aan te wijzen waarop LIP's behulpzaam waren bij het omhoog of omlaag draaien van de mondiale thermostaat van de aarde.

"Deze enorme uitbarstingen brengen een enorme hoeveelheid koolstofdioxide met zich mee en kunnen het klimaat veranderen en grote uitstervingen veroorzaken, ' zei Zahirovic.

"Maar de aarde heeft ingebouwde mechanismen om de koolstofdioxide uit de atmosfeer te verwijderen gedurende geologische tijdschema's."

LIP's kunnen grote hoeveelheden koolstofdioxide opnemen omdat de basaltlava's vol zitten met silicaatrijke rotsen die bijzonder kwetsbaar zijn voor verwering. Wanneer regen door een koolstofdioxiderijke atmosfeer valt, het lost het gas op en vormt zure regen. Het zwakke zuur reageert met silicaatmineralen in de LIP's om langlevende carbonaatsedimenten te maken. Warm, regenachtige omgevingen versnellen het erosieproces, en dus vindt er meer erosie plaats wanneer LIP's zich in regio's nabij de evenaar bevinden, die hoge temperaturen hebben en de meeste regen krijgen.

Wetenschappers hebben gekeken naar de klimaateffecten van individuele LIP's, maar niemand had rekening gehouden met de lange termijn, wereldwijde effecten van LIP's, terwijl ze rond de aarde bewogen op verschuivende continenten.

De onderzoekers gebruikten GPlates, een open-source softwaretool die de beweging van tektonische platen door de geschiedenis van de aarde reconstrueert, ontwikkeld door Müller's EarthByte-groep aan de Universiteit van Sydney, samen met internationale medewerkers. Ze hielden rekening met de timing van LIP-uitbarstingen en hoeveel miljoen jaar elke LIP in de buurt van de evenaar doorbracht om erosie te schatten. Vervolgens vergeleken ze de emissie en absorptie van koolstofdioxide uit LIP's met schattingen van atmosferische koolstofdioxide met behulp van proxygegevens van een eerder gepubliceerde compilatie.

Om tot een objectieve vergelijking te komen, de onderzoekers voerden een wavelet-analyse uit, dat is een statistische test die twee sets metingen in de loop van de tijd vergelijkt om te zien of en wanneer ze gecorreleerd zijn.

"Deze analyse elimineert het zwaaien met de armen en vertelt ons ook wanneer een bepaald signaal een ander signaal leidt, dus het geeft ons een indicatie, misschien, van oorzakelijk verband, ' zei Zahirovic.

Toen de onderzoekers het geschatte niveau van koolstofdioxide in de atmosfeer vergeleken met de uitbarsting en erosie van LIP's, ze waren in staat om verschillende bijbehorende sprongen en dalen in atmosferische koolstofdioxide te identificeren, waaruit blijkt dat deze basaltvloeden al miljoenen jaren een rol hebben gespeeld bij het moduleren van de temperatuur op aarde.

"Wat me verbaasde was dat 200 miljoen jaar geleden, terwijl Pangea uit elkaar viel, en de Atlantische Oceaan ging open, de Centraal-Atlantische Magmatische Provincie produceerde een enorme hoeveelheid lava, ' zei Zahirovic.

"Je kunt dat zien in het koolstofdioxide-proxyrecord, er is een enorme toename van koolstofdioxide [na de uitbarsting], maar omdat de vulkanische provincie veel tijd doorbrengt in de vochtige nabije equatoriale gordel, het wordt gevolgd door een snelle afname van koolstofdioxide."

De uitbarsting en verwering van LIP's is slechts één aspect van de koolstofcyclus van de aarde, en er zijn punten waarop de invloed van LIP's waarschijnlijk een achterbank nam voor andere geologische processen. De onderzoekers merken ook op dat hun model LIP's wegliet die onder water uitbarsten, omdat deze basalt de neiging hebben om terug in de mantel te worden gerecycled en dus moeilijker of onmogelijk te reconstrueren zijn.

Volgende, de onderzoekers onderzoeken andere manieren waarop platentektoniek de diepe koolstofcyclus beïnvloedt. "Wat we proberen te begrijpen, zijn de variaties op langere termijn van het klimaat en de koolstofcyclus, over geologische tijdframes, ' zei Zahirovic.

Momenteel zijn ze bezig met het samenstellen van een wereldwijde database van ofiolieten, dat zijn brokken basaltachtige oceanische korst die tijdens tektonische botsingen op de continenten worden gestuwd. Zoals LIP's, ofiolieten nemen tijdens het weer koolstofdioxide op uit de atmosfeer, en net als bij LIP's hebben ze ook een vinger op de globale thermostaat.