Откройте тайны Земного "термостата": как эрозия гор создает идеальные условия для жизни

На протяжении длительного времени, оцениваемого в сотни миллионов лет, изменения средней температуры на поверхности Земли не превышали 20°С, что играло важную роль в обеспечении условий для существования жизни на нашей планете.

Для поддержания такой устойчивой температуры необходима наличие своего рода "термостата" на Земле, который контролирует концентрацию углекислого газа в атмосфере на протяжении геологических периодов и влияет на глобальные климатические условия.

Процессы эрозии и выветривания горных пород играют ключевую роль в функционировании этого "термостата". Исследователи под руководством геологов Аарона Буфе из LMU и Нильса Ховиуса из Немецкого исследовательского центра геонаук провели моделирование воздействия этих процессов на углеродный цикл в атмосфере.

Их неожиданный вывод состоит в том, что захват углекислого газа в результате выветривания наиболее интенсивен в горных районах с низким рельефом и умеренной скоростью эрозии, а не в областях с самой высокой скоростью эрозии.

Выветривание происходит при воздействии воды и ветра на породы.

"При выветривании силикатов углерод удаляется из атмосферы и затем осаждается в виде карбоната кальция. Напротив, выветривание других материалов, таких как карбонаты, сульфиды или органический углерод, присутствующий в горных породах, приводит к выделению CO2. Эти реакции обычно проходят быстрее, чем выветривание силикатов", — поясняет Ховиус.

Это сложно влияет на углеродный цикл в горах.

Чтобы более точно понять этот процесс, исследователи использовали моделирование выветривания для анализа потоков углерода из сульфидных, карбонатных и силикатных пород в различных регионах, таких как Тайвань и Новая Зеландия, с разными скоростями эрозии. Их выводы были опубликованы в журнале Science.

"Мы обнаружили сходные паттерны в разных местах, что указывает на общие механизмы", — отмечает Буфе.

Дальнейшее моделирование показало, что связь между эрозией и потоками CO2 нелинейна, но захват CO2 происходит преимущественно из областей с умеренной скоростью эрозии, около 0,1 мм в год. Когда скорость эрозии ниже или выше этого значения, захват CO2 уменьшается, а иногда даже происходит его выброс в атмосферу.

"Высокие скорости эрозии, как на Тайване или в Гималаях, приводят к тому, что выветривание становится источником CO2, так как силикатное выветривание перестает расти наряду с увеличением скорости эрозии, в то время как выветривание карбонатов и сульфидов усиливается", — объяснил Буфе.

В областях с умеренной скоростью эрозии, примерно 0,1 мм в год, быстрое выветривание карбонатов и сульфидов приводит к их исчерпанию, тогда как силикаты остаются в избытке и продолжают активно выветриваться.

В регионах, где скорость эрозии еще ниже, чем 0,1 мм в год, остается лишь малое количество пород, подверженных выветриванию. Поэтому горные хребты с низким рельефом, такие как Шварцвальд или Береговой хребет Орегона, где скорость эрозии приближается к оптимальной, играют важную роль в поглощении CO2.

"Таким образом, на геологических временных масштабах температурные режимы, устанавливаемые "термостатом" Земли, сильно зависят от глобального распределения скоростей эрозии", — заключает Буфе.

Чтобы получить более полное представление о воздействии эрозии на климатическую систему Земли, Буфе считает, что будущие исследования должны учитывать также органический углерод и процессы выветривания в долинах рек.