In het centrale Italiaanse Apennijnengebergte hebben onderzoekers onder leiding van Erica Erlanger en Niels Hovius van het GFZ Duitse Onderzoekscentrum voor Geowetenschappen en Aaron Bufe van de Ludwig-Maximilians-Universität München nu voor het eerst al deze processen in één regio onderzocht en in evenwicht gebracht. —met behulp van onder meer analyses van de CO₂ inhoud in bergrivieren en bronnen. Ze ontdekten dat verwering in deze regio leidt tot een totale CO₂ opname.

Deze processen aan het oppervlak bepalen echter alleen de CO₂ evenwicht in gebieden met een dikke en koude korst. Aan de westkant van de Centrale Apennijnen is de korst dunner en is de warmtestroom hoger. Daar, CO₂ de uitgassing vanuit diepte is tot 50 keer groter dan die van CO₂ opname door verwering.

Al met al is het geanalyseerde landschap een CO₂ emitter. De structuur en dynamiek van de aardkorst bepalen daarom de uitstoot van CO₂ hier sterker dan chemische verwering. Het onderzoek werd vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience .

De rol van bergen in de CO₂ van de aarde budget

Naast door de mens veroorzaakte CO₂ -uitstoot spelen veel natuurlijke processen (zowel biologische als geologische) ook een rol bij het in evenwicht brengen van de mondiale CO₂ begroting. Berglandschappen moduleren de koolstofcyclus sterk, en het is belangrijk om voldoende rekening te houden met de concurrentie van CO₂ uitstoot en CO₂ opname die hier in klimaatmodellen plaatsvindt.

Aan de ene kant worden rotsen op het aardoppervlak verweerd door chemische ontbindingsprocessen:door erosie worden voortdurend rotsen blootgelegd, die – afhankelijk van het type gesteente – met verschillende snelheden verweren en CO2 absorberen of vrijgeven₂ . Silicaatmineralen binden bijvoorbeeld CO₂ en kalksteen vormen. Bij de verwering van carbonaat- en sulfidehoudende mineralen komt op zijn beurt CO₂ vrij .

Een onderzoeksteam onder leiding van Aaron Bufe en Niels Hovius heeft de concurrentie van CO₂ onderzocht vrijkomen en afnemen door verwering in een verdere studie gepubliceerd in het tijdschrift Science begin maart. phys.org/news/2024-03-geologis … -ranges-largest.html">Ze analyseerden de invloed van de erosiesnelheid op de CO₂ balans met verschillende berggebieden over de hele wereld als voorbeeld.

Het bouwen van bergen heeft echter niet alleen invloed op de snelheid van erosie en verwering op het aardoppervlak. Waar tektonische platen over elkaar schuiven, kan de verhitting van carbonaatgesteenten in de korst en mantel leiden tot chemische reacties die verband houden met CO₂ uitstoot.

"Eerdere studies hebben zich vaak op één enkel proces gericht en hebben verwering aan het oppervlak en processen op diepte afzonderlijk behandeld. Daar wilden we verandering in brengen", zegt Niels Hovius.

Onderzoek in de Apennijnen:CO₂ uitgassing of opslag:welk proces domineert?

De concurrentie tussen processen aan de oppervlakte en diepgewortelde processen is nu de focus van een nieuwe studie door Erica Erlanger, postdoctoraal wetenschapper aan de GFZ en de Université de Lorraine (Frankrijk), Aaron Bufe, hoogleraar sedimentologie aan de LMU München en voormalig postdoctoraal wetenschapper bij de GFZ, en Niels Hovius, hoofd van de afdeling Geomorfologie bij de GFZ en professor aan de Universiteit van Potsdam, samen met collega's uit Frankrijk, Italië, de VS en Zwitserland.

De centrale Apennijnen in Italië blijken een bijzonder geschikte regio te zijn voor dit onderzoek, zoals Erica Erlanger, eerste auteur van het onderzoek, uitlegt:‘Dit gebied maakt deel uit van een actief gebergte met dicht bij elkaar gelegen zones van dikke, koude korst en dunne, warme korst, waardoor we de invloed van ondergrondse activiteit kunnen onderzoeken. Zowel de klimatologische omstandigheden als de topografie en de gesteentetypes aan het oppervlak zijn in het hele gebied vergelijkbaar, dus er zouden geen grote verschillen in verweringsactiviteit moeten zijn."

Bemonstering en analyse van CO₂ inhoud

In de westelijke centrale Apennijnen is de korstdikte ongeveer 20 kilometer en bedraagt ​​de warmtestroom meer dan 100 milliwatt per vierkante meter, terwijl de korst in het oosten meer dan 40 kilometer dik is, met een warmtestroom van ongeveer 30 milliwatt per vierkante meter. meter.

De onderzoekers namen in totaal 104 watermonsters in de westelijke Tevere- en oostelijke Aterno-Pescara-riviersystemen, 49 daarvan in de zomer van 2020 en 55 in de winter van 2021, die de warmste en droogste seizoenen en de natste en koudste seizoenen bestreken om het minimum te schatten ( zomer) en maximale (winter) CO₂ fluxen.

Watermonsters zijn geschikt omdat rivieren en bronnen koolstof transporteren, die zowel afkomstig is van diepte als van verweringsreacties nabij het oppervlak. De chemische analyse van de monsters omvatte het bepalen van de relatieve overvloed aan verschillende koolstofisotopen. Deze kunnen informatie verschaffen over de vraag of de koolstof afkomstig is van een plant of uit de atmosfeer, of vrijkomt uit een ondergedompeld gesteente.

"Op basis hiervan konden we de hoeveelheden CO₂ berekenen die vrijkomt door verwering of uit carbonaten op diepte, en de hoeveelheden CO₂ gebonden door verweerde silicaten", legt Erlanger uit.

Om een ​​algemeen saldo voor de CO₂ te schatten budget van de Apennijnen hielden de onderzoekers ook rekening met schattingen voor anorganisch CO₂ uitstoot van gasopeningen die bekend zijn aan de westkant van de Apennijnen, evenals van organisch CO₂ wisselen.

Centrale Apennijnen als netto CO₂ bron, maar met een gesplitste CO₂ saldo

Het onderzoeksteam ontdekte dat de verweringsprocessen in het hele studiegebied voornamelijk CO₂ vastleggen en laat het niet los. Opmerkelijk is echter dat, waar de korst dun is en de warmtestroom hoog is, CO₂ ontstaat de uitstoot uit diepte overtreft verweringgerelateerde CO₂ fluxen met een factor 10 tot 50. Over het geheel genomen is de regio daarom een ​​CO₂ bron.

"Belangrijk:schommelingen in CO₂ vrijkomen uit diep gesteente is veel groter dan de fluctuaties in de chemische verweringsfluxen. Dit betekent dat de regionale geodynamiek in de centrale Apennijnen de koolstofcyclus het sterkst beïnvloedt door de uitstoot van CO₂ te moduleren. vanuit de diepte, en niet door het beïnvloeden van verweringsreacties", vat Erica Erlanger samen.

"Op basis van de geologische evolutie van het gebied schatten we dat CO₂ het uitgassen van de korst en de mantel heeft waarschijnlijk de afgelopen 2 miljoen jaar plaatsgevonden."

"Onze onderzoeken zullen bijdragen aan een beter begrip van de werkelijke CO₂ balans voor de atmosfeer en dus voor betere klimaatmodellen voor de lange termijn”, zegt Aaron Bufe. “Ze helpen ook te verduidelijken hoe onze planeet het smalle scala aan omstandigheden heeft gehandhaafd die bevorderlijk zijn voor het leven door CO₂ ontgassing en CO₂ opslagprocessen over geologische tijden."

Niels Hovius zegt:‘Als we de rol van bergen voor de koolstofcyclus van de aarde in algemenere zin willen onderzoeken, zullen zelfs ogenschijnlijk eenvoudige geologische vragen een meer holistische benadering vereisen. Van bijzonder belang zijn geologisch jonge berggordels op plaatgrenzen, waar carbonaat Het is waarschijnlijk dat rotsen zowel aan de oppervlakte als op diepte overheersen.

“Het huidige Middellandse Zeegebied en andere relatief jonge bergketens, zoals de Indonesische archipel, vertonen geologische omstandigheden en gesteentetypes die vergelijkbaar zijn met die van de centrale Apennijnen. De volgende grote vraag waarmee we worden geconfronteerd, is of uitgassing in actieve tektonische gebieden een mondiaal fenomeen kan zijn in ruimte en tijd."

Meer informatie: Erica Erlanger et al, Diepe CO2-uitstoot en het koolstofbudget van de centrale Apennijnen gemoduleerd door geodynamica, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01396-3

Journaalinformatie: Natuur Geowetenschappen , Wetenschap

Aangeboden door Helmholtz Vereniging van Duitse Onderzoekscentra