Bergen geven elk jaar dezelfde hoeveelheid koolstof af als vulkanen - ongeveer 100 megaton - en toch weten we heel weinig over het proces. Inzicht in deze emissies zou ons meer kunnen vertellen over hun effecten op het klimaat, zowel in het verleden als in de toekomst.

Verschuivende tektonische platen onder het aardoppervlak creëren vulkanen, die uitbarsten in een overvloed aan gassen en gesmolten gesteente. Maar als platen langzaam verschuiven, ze geven ook aanleiding tot bergen - en brengen koolstof-emitterende materie naar boven die al millennia onder het oppervlak is begraven.

Terwijl mensen ongekende hoeveelheden koolstofdioxide in de atmosfeer pompen, onderzoekers proberen te begrijpen hoe de natuurlijke koolstofcyclus werkt, en hoe het zal worden beïnvloed door niet alleen de toegenomen koolstof in de atmosfeer, maar de stijgende temperaturen en veranderende weerpatronen van de wereldwijde klimaatverandering.

Al miljoenen jaren, koolstof is vast komen te zitten in de rots van bergen. Een deel ervan bevond zich ooit in de schelpen van kleine organismen op zeebodems of dode bomen begraven onder het gewicht van grond die in de loop van de tijd in de rotsen was gecementeerd. Maar terwijl de tektonische platen van de aarde in de loop van millennia verschuiven, rotsblokken die ooit op de bodem van de oceaan lagen verfrommeld, verbogen of werden opgetild naar de verheven hoogten van bergen.

"Als deze rotsen aan de oppervlakte worden blootgesteld, de zuurstof in de lucht en in water kan reageren met de organische stof in die rotsen en de koolstof vrijgeven als koolstofdioxide, " verklaarde professor Robert Hilton, een geoloog aan de Universiteit van Durham, VK. "Het is alsof de aarde ademt, dit verbruik van organische stof en een langzame afgifte."

Het leven zoals we het kennen hangt af van koolstof, en zijn beweging tussen het land, oceanen en atmosfeer wordt de 'koolstofcyclus' genoemd.

Prof. Hilton leidt een project genaamd ROC-CO ₂ die tot doel heeft de bijdrage van organische koolstof in berggesteente aan deze natuurlijke koolstofcyclus te kwantificeren.

Bij eerdere modellen, Men dacht dat bergen koolstof uit de atmosfeer zouden vasthouden. Koolzuur en water tasten mineralen en gesteenten aan, en de koolstof stroomt uiteindelijk via rivieren naar de oceaan. Maar het vrijkomen van organische koolstof door erosie zou de hoeveelheid koolstof kunnen verminderen waarvan we aannemen dat deze uit de atmosfeer wordt verwijderd. Deze bijdragen - en weten hoe ze zullen veranderen naarmate de planeet heter wordt - zijn belangrijk om te begrijpen in welke wereld we over een eeuw zullen leven.

Fiets

Er zijn tal van hiaten in ons begrip van de koolstofcyclus, meestal over de processen die plaatsvinden op het land in tegenstelling tot in de oceanen, volgens professor Susan Trumbore, directeur van het Max Planck Instituut voor Biogeochemie in Duitsland. "Met klimaatverandering, veranderingen in de hoeveelheid koolstofdioxide (beschikbaar), veranderingen in de ecosystemen zelf door veranderende fauna, nieuwe ziekten, en nieuwe soorten, het vermogen om de toekomst te voorspellen is slechter. We begrijpen deze processen fundamenteel niet, " ze zei.

Tijdens zijn doctoraat, Prof. Hilton erkende de rol van bergerosie als een van deze hiaten. "Ik was verrast dat sommige van deze aspecten zo slecht worden begrepen, " hij zei.

Hoewel menselijke koolstofemissies en hun effecten een belangrijk aandachtspunt zijn in klimaatonderzoek, zijn ze goed voor ongeveer 9, 400 megaton koolstof, bijna 100 keer meer dan verwering van bergen of vulkanen - kleinere bijdragen zijn ook belangrijke stukjes van de puzzel en vinden plaats over langere tijdschalen. Hun effecten worden door de eeuwen heen gevoeld en zijn een integraal onderdeel van ons klimaat. Antropogene koolstofemissies, anderzijds, op zeer korte termijn plaatsvinden, veroorzaakt een ongekende snelheid van verandering in natuurlijke systemen.

"We moeten begrijpen hoe (bergverwering) in het verleden werkte, " zei prof. Hilton. Het is belangrijk, hij zegt, omdat de koolstofcyclus zo nauw verbonden is met het klimaat op aarde, die op hun beurt het kader vormen voor de evolutie van planten en dieren.

En met bergen en erosie, 'het landoppervlak wordt voortdurend ververst door materiaal dat van hellingen naar beneden beweegt, nieuwe stenen in contact brengen met de atmosfeer en het water."

Professor Sophie Opfergelt, een geoloog aan de UC Leuven in België die de chemische verwering van rotsen onderzoekt, beschrijft bergen en verwering als een grote reactor.

"Bergen zijn manieren om materialen in de reactor te brengen. Bij een opheffing van een berg of erosie, je stelt meer mineralen en oppervlakte bloot aan weersinvloeden, " zei ze. "Het bedekt ook enkele van deze materialen en voorkomt dat materiaal de reactor ingaat."

flux

Via ROC-CO ₂ , Prof. Hilton en collega's ontwikkelen technieken om de snelheid van koolstofemissies te meten, of flux, uit bergen.

een techniek, die ze in een recent artikel beschrijven, meet de CO2-uitstoot van de berg rechtstreeks door een gat van 40 cm diep in de rots te boren, en er een luchtdichte kamer overheen bouwen om de hoeveelheid vrijgekomen koolstof te meten.

"Overal om ons heen zit koolstof in de atmosfeer, en dat wil je niet meten, " Prof. Hilton zei. "Als we uitademen, we ademen veel koolstof uit en we weten heel zeker dat we dat niet willen meten. Als planten uitademen, ze stoten koolstofdioxide uit en daar zijn wij ook niet in geïnteresseerd."

Prof. Hilton en collega's vermijden besmetting door de rots te bedekken met de luchtdichte kamer en deze herhaaldelijk te legen van de gassen die ze verzamelen voor analyse. Later, in het labortorium, ze moeten bewijzen dat de gassen niet uit andere bronnen kwamen.

Alle moderne koolstof bevat koolstof-14, een onstabiele vorm van koolstof die na verloop van tijd afbreekt. Oude koolstof uit rotsen bevat deze radioactieve koolstof niet meer omdat deze al is afgebroken. "Dit is van cruciaal belang omdat mensen anders zouden kunnen zeggen dat je koolstof meet van een plant en zijn wortels (in de rots), " zei prof. Hilton.

Een andere methode is om op zoek te gaan naar de overblijfselen van deze verweringsreacties en deze te gebruiken om de flux te schatten. "Het idee hier is dat wanneer je deze rotsen afbreekt, je geeft andere dingen vrij die je misschien kunt traceren. Dus, bijvoorbeeld, we kunnen water in een beek of rivier meten en iets zeggen over de (chemische) reacties die stroomopwaarts plaatsvinden, " zei prof. Hilton.

In een artikel uit 2017 De auteurs, waaronder prof. Hilton, gemeten in de loop van een jaar de hoeveelheid organische koolstofdeeltjes in de gesuspendeerde sedimenten van de Kosñipata-rivier in Peru. Ze ontdekten dat er een grote discrepantie was tussen de geschatte erosie in het Andesgebergte en wat er daadwerkelijk stroomafwaarts in de rivier terechtkwam. Dit roept vragen op over het werkelijke koolstofbudget van het stroomgebied van de Amazone, beschouwd als een van de belangrijkste koolstofputten van de planeet.

Onderzoeken

Prof. Hilton doet momenteel onderzoek naar koolstofstromen op locaties over de hele wereld, van Canada tot Frankrijk en van Zwitserland tot Nieuw-Zeeland.

"We erkennen dat we flux niet overal kunnen meten, "Zei Prof. Hilton. De schalen zijn 'te gigantisch', maar het hebben van een verscheidenheid aan locaties betekent dat ze kunnen proberen flux voor verschillende omgevingen te karakteriseren.

"Een van de redenen om dit te doen, is om mondiale fluxen te kwantificeren, maar het belangrijkste om te zeggen is waarom zou deze stroom veranderen, wat regelt het, en hoe het reageert op zaken als temperatuurveranderingen."

Prof. Hilton hoopt uiteindelijk te beschrijven hoe flux in de loop van eeuwen of zelfs millennia is veranderd. "Het streven is om mensen meer te kunnen vertellen over waarom dit proces in de loop van de tijd verandert - in het verre, geologisch verleden of zelfs (voorspel wat er zal gebeuren) in de volgende eeuw."

onderzoekers, waaronder prof. Hilton, hebben aangetoond dat het klimaat en een toename of afname van regen en afvloeiing van water van invloed zijn op hoe snel erosie plaatsvindt. Het doel is om nu te begrijpen of verhoogde erosie nog meer koolstof kan opgraven die al millennia in de rotsen ligt opgesloten, en de klimaatverandering verder te versnellen.

Dit is een vraag die prof. Hilton ook hoopt te beantwoorden.

"Hoe kan dit proces (flux) veranderen om de natuurlijke koolstofcyclus te beïnvloeden?" hij vroeg. "(Dit) beïnvloedt de levensduur van de uitstoot van kooldioxide in de atmosfeer."