In de afgelopen 540 miljoen jaar, de aarde heeft drie grote ijstijden doorstaan ​​- perioden waarin de mondiale temperaturen kelderden, het produceren van uitgestrekte ijskappen en gletsjers die zich tot voorbij de poolkappen hebben uitgestrekt.

Nu wetenschappers van MIT, de Universiteit van Californië in Santa Barbara, en de University of California in Berkeley hebben de waarschijnlijke oorzaak van deze ijstijden geïdentificeerd.

In een studie gepubliceerd in Wetenschap , het team meldt dat elk van de laatste drie grote ijstijden werd voorafgegaan door tropische "boog-continentale botsingen" - tektonische ophopingen die plaatsvonden nabij de evenaar van de aarde, waarin oceanische platen over continentale platen stegen, tienduizenden kilometers oceanisch gesteente blootstellen aan een tropische omgeving.

De wetenschappers zeggen dat de hitte en vochtigheid van de tropen waarschijnlijk een chemische reactie veroorzaakten tussen de rotsen en de atmosfeer. specifiek, calcium en magnesium uit de rotsen reageerden met atmosferische kooldioxide, het gas uit de atmosfeer trekken en permanent vastleggen in de vorm van carbonaten zoals kalksteen.

Overuren, zeggen de onderzoekers, dit verweringsproces, die zich voordoen over miljoenen vierkante kilometers, zou genoeg koolstofdioxide uit de atmosfeer kunnen halen om de temperatuur wereldwijd af te koelen en uiteindelijk een ijstijd te veroorzaken.

"We denken dat botsingen tussen arc en continent op lage breedtegraden de oorzaak zijn van wereldwijde afkoeling, " zegt Oliver Jagoutz, een universitair hoofddocent bij MIT's Department of Earth, Sfeervol, en Planetaire Wetenschappen. "Dit kan voorkomen op meer dan 1-5 miljoen vierkante kilometer, dat klinkt als veel. Maar in werkelijkheid, het is een heel dunne strook aarde, op de juiste plek zitten, dat kan het mondiale klimaat veranderen."

De co-auteurs van Jagoutz zijn Francis Macdonald en Lorraine Lisiecki van UC Santa Barbara, en Nicholas Swanson-Hysell en Yuem Park van UC Berkeley.

Een tropische trigger

Wanneer een oceanische plaat tegen een continentale plaat duwt, de botsing creëert typisch een bergketen van nieuw blootgestelde rots. De breukzone waarlangs de oceanische en continentale platen botsen, wordt een 'hechting' genoemd. Vandaag, bepaalde bergketens zoals de Himalaya bevatten hechtingen die zijn gemigreerd van hun oorspronkelijke aanvaringspunten, omdat continenten in de loop van millennia zijn verschoven.

in 2016, Jagoutz en zijn collega's volgden de bewegingen van twee hechtingen die tegenwoordig de Himalaya vormen. Ze ontdekten dat beide hechtingen voortkwamen uit dezelfde tektonische migratie. Tachtig miljoen jaar geleden, toen het supercontinent dat bekend staat als Gondwana naar het noorden trok, een deel van de landmassa werd verpletterd tegen Eurazië, het blootleggen van een lange lijn oceanisch gesteente en het maken van de eerste hechtdraad; 50 miljoen jaar geleden, een andere botsing tussen de supercontinenten creëerde een tweede hechtdraad.

Het team ontdekte dat beide botsingen plaatsvonden in tropische zones nabij de evenaar, en beide gingen enkele miljoenen jaren vooraf aan wereldwijde atmosferische afkoelingsgebeurtenissen - wat bijna onmiddellijk is op een geologische tijdschaal. Na te hebben gekeken naar de snelheden waarmee blootgesteld oceanisch gesteente, ook bekend als ofiolieten, zou kunnen reageren met kooldioxide in de tropen, de onderzoekers concludeerden dat, gezien hun locatie en omvang, beide hechtingen hadden inderdaad genoeg koolstofdioxide kunnen vasthouden om de atmosfeer af te koelen en beide ijstijden te veroorzaken.

interessant, ze ontdekten dat dit proces waarschijnlijk ook verantwoordelijk was voor het beëindigen van beide ijstijden. Gedurende miljoenen jaren, het oceanische gesteente dat beschikbaar was om met de atmosfeer te reageren, erodeerde uiteindelijk weg, vervangen door nieuw gesteente dat veel minder koolstofdioxide opnam.

"We hebben aangetoond dat dit proces de ijstijd kan starten en beëindigen, " zegt Jagoutz. "Toen vroegen we ons af, hoe vaak werkt dat? Als onze hypothese klopt, we zouden moeten ontdekken dat voor elke keer dat er een verkoelend evenement is, er zijn veel hechtingen in de tropen."

De hechtingen van de aarde blootleggen

De onderzoekers keken of ijstijden nog verder terug in de geschiedenis van de aarde werden geassocieerd met soortgelijke arc-continentale botsingen in de tropen. Ze voerden een uitgebreid literatuuronderzoek uit om de locaties van alle belangrijke hechtzones op aarde te verzamelen, en vervolgens een computersimulatie van platentektoniek gebruikten om de beweging van deze hechtzones te reconstrueren, en de continentale en oceanische platen van de aarde, terug in de tijd. Op deze manier, ze waren in staat om ongeveer aan te wijzen waar en wanneer elke hechtdraad oorspronkelijk werd gevormd, en hoe lang elke hechtdraad uitgerekt is.

Ze identificeerden drie perioden in de afgelopen 540 miljoen jaar waarin grote hechtingen, van ongeveer 10, 000 kilometer lang, werden gevormd in de tropen. Elk van deze perioden viel samen met elk van de drie grote, bekende ijstijden, in het Laat-Ordovicium (455 tot 440 miljoen jaar geleden), het Permo-Carboon (335 tot 280 miljoen jaar geleden), en het Cenozoïcum (35 miljoen jaar geleden tot heden). belangrijk, ze ontdekten dat er geen ijstijden of ijstijden waren tijdens perioden waarin zich buiten de tropen grote hechtzones vormden.

"We ontdekten dat elke keer dat er een piek was in de hechtzone in de tropen, er was een ijstijd, "zegt Jagoutz. "Dus elke keer dat je krijgt, zeggen, 10, 000 kilometer hechtingen in de tropen, krijg je een ijstijd."

Hij merkt op dat een grote hechtzone, ongeveer 10, 000 kilometer, is nog steeds actief in Indonesië, en is mogelijk verantwoordelijk voor de huidige ijstijd van de aarde en het verschijnen van uitgestrekte ijskappen aan de polen.

Deze tropische zone omvat enkele van de grootste ofiolietlichamen ter wereld en is momenteel een van de meest efficiënte regio's op aarde voor het absorberen en vastleggen van koolstofdioxide. Aangezien de wereldwijde temperaturen stijgen als gevolg van door de mens verkregen koolstofdioxide, sommige wetenschappers hebben voorgesteld enorme hoeveelheden ofioliet te vermalen en de mineralen over de equatoriale gordel te verspreiden, in een poging om dit natuurlijke afkoelingsproces te versnellen.

Maar Jagoutz zegt dat het vermalen en transporteren van deze materialen extra, onbedoelde CO2-uitstoot. En het is onduidelijk of dergelijke maatregelen binnen ons leven een significante impact kunnen hebben.

"Het is een uitdaging om dit proces te laten werken op menselijke tijdschalen, " zegt Jagoutz. "De aarde doet dit in een langzame, geologisch proces dat niets te maken heeft met wat we vandaag de dag met de aarde doen. En het zal ons ook niet schaden, noch ons redden."