Вчені стверджують, що центральні Апенніни Італії є джерелом CO₂

Тектонічно активні гори відіграють важливу роль у природному регулюванні CO₂ атмосфери. Тут відбуваються конкуруючі процеси: на поверхні Землі ерозія спричиняє процеси вивітрювання, які поглинають або вивільняють CO₂, залежно від типу породи. На глибині нагрівання та плавлення карбонатної породи призводить до виділення CO₂ на поверхні.

У центральних італійських Апеннінських горах дослідники під керівництвом Еріки Ерлангер і Нільса Ховіуса з Німецького науково-дослідного центру геонаук GFZ і Аарона Буфе з Мюнхенського університету Людвіга-Максиміліана вперше дослідили та збалансували всі ці процеси в одному регіоні. — використовуючи, серед іншого, аналізи вмісту CO₂ у гірських річках і джерелах. Вони виявили, що вивітрювання в цьому регіоні призводить до загального поглинання CO₂.

Однак ці приповерхневі процеси визначають баланс CO₂ лише в областях з товстою та холодною корою. На західній стороні Центральних Апеннін кора тонша, а тепловий потік вищий. Там виділення CO₂ з глибини в 50 разів перевищує поглинання CO₂ через вивітрювання.

Загалом, досліджуваний ландшафт є емітером CO₂. Структура та динаміка земної кори, таким чином, контролюють виділення CO ₂ тут сильніше, ніж хімічне вивітрювання. Дослідження було опубліковано в журналі Nature Geoscience.

Роль гір у бюджеті CO _{2 Землі}

Окрім антропогенних викидів CO₂, багато природних процесів — як біологічних, так і геологічних — також відіграють роль у збалансуванні глобального бюджету CO₂. Гірські ландшафти сильно модулюють вуглецевий цикл, і важливо адекватно враховувати конкуренцію викидів CO₂ і поглинання CO₂, що відбувається тут у кліматичних моделях.

З одного боку, гірські породи на поверхні Землі вивітрюються внаслідок хімічних процесів розчинення: ерозія постійно оголює гірську породу, яка, залежно від типу породи, вивітрюється з різною швидкістю та або поглинає, або вивільняє CO₂. Силікатні мінерали, наприклад, зв’язують CO₂ і утворюють вапняк. Своєю чергою, вивітрювання карбонатних і сульфідвмісних мінералів вивільняє CO₂.

Дослідницька група під керівництвом Аарона Буфе та Нільса Ховіуса дослідила конкуренцію викидів CO₂ та зменшення вивітрювання в подальшому дослідженні, опублікованому в журналі Science на початку березня. Вони проаналізували вплив швидкості ерозії на баланс CO₂ на прикладі різних гірських регіонів світу.

Однак горотворення впливає не лише на ерозію та швидкість вивітрювання на поверхні Землі. Там, де тектонічні плити ковзають одна над одною, нагрівання карбонатних порід у корі та мантії може призвести до хімічних реакцій, пов’язаних із викидами CO₂.

«Попередні дослідження часто зосереджувались на одному процесі й розглядали вивітрювання на поверхні й процеси на глибині окремо. Ми хотіли це змінити», — говорить Нільс Ховіус.

Дослідження на Апеннінах: виділення CO₂ або зберігання — який процес домінує?

Конкуренція між приповерхневими та глибинними процесами зараз знаходиться в центрі нового дослідження Еріки Ерлангер, постдокторанта GFZ та Університету Лотарингії (Франція), Аарона Буфе, професора седиментології в LMU Мюнхена та колишній постдокторант GFZ та Нільс Ховіус, голова секції геоморфології GFZ і професор Потсдамського університету разом із колегами з Франції, Італії, США та Швейцарії.

Центральні Апенніни в Італії виявилися особливо підходящим регіоном для цього дослідження, як пояснює Еріка Ерлангер, перший автор дослідження: «Ця область є частиною активного гірського хребта з близько розташованими зонами товстої, холодної кори та тонких, тепла земна кора, що дозволяє нам досліджувати вплив підземних умов, а також рельєф і типи гірських порід на всій території, тому не повинно бути великих відмінностей у вивітрюванні».

Відбір проб та аналіз вмісту CO₂

На заході центральних Апеннін товщина земної кори становить близько 20 кілометрів, а тепловий потік становить понад 100 міліват на квадратний метр, тоді як кора на сході має товщину понад 40 кілометрів із тепловим потоком близько 30 міліват на квадратний метр. метр.

Дослідники взяли загалом 104 проби води в західній частині Тевере та східній річковій системі Атерно-Пескара, 49 з них влітку 2020 року та 55 взимку 2021 року, охоплюючи найтепліший і найсухіший сезони, а також найвологіший і найхолодніший сезони, щоб оцінити мінімум ( літній) і максимальний (зимовий) потоки CO_2.

Зразки води придатні, оскільки річки та джерела транспортують вуглець, який походить як з глибин, так і в результаті реакцій вивітрювання біля поверхні. Хімічний аналіз зразків включав визначення відносної кількості різних ізотопів вуглецю. Вони можуть надати інформацію про те, чи походить вуглець з рослини, чи з атмосфери, чи був вивільнений із субдукованої породи.

«На цій основі ми змогли розрахувати кількість CO₂, що виділяється під час вивітрювання або з карбонатів на глибині, а також кількість CO_2, зв’язаного вивітреними силікатами», — пояснює Ерлангер.

Щоб оцінити загальний баланс для бюджету CO₂ на Апеннінах, дослідники також взяли до уваги оцінки викидів неорганічного CO₂ з газових джерел, відомих із західної сторони Апеннін, а також від обміну органічного CO₂.

Центральні Апенніни як чисте джерело CO₂, але з розділеним балансом CO₂

Дослідницька група виявила, що процеси вивітрювання на всій досліджуваній території переважно захоплюють CO₂, а не вивільняють його. Однак дивовижно те, що там, де кора тонка і потік тепла великий, вивільнення CO₂ з глибини перевищує потоки CO2, пов’язані з вивітрюванням, у 10-50 разів. Таким чином, регіон є джерелом CO₂.

«Важливо те, що коливання вивільнення CO₂ з глибоких порід набагато більші, ніж коливання потоків хімічного вивітрювання. Це означає, що регіональна геодинаміка в центральних Апеннінах найбільш сильно впливає на вуглецевий цикл шляхом модулювання вивільнення CO₂ з глибини, а не на реакції вивітрювання», — резюмує Еріка Ерлангер.

«Грунтуючись на геологічній еволюції області, ми припускаємо, що виділення CO ₂ з кори та мантії, ймовірно, відбувалося протягом останніх 2 мільйонів років».

«Наші дослідження сприятимуть кращому розумінню фактичного балансу CO₂ в атмосфері та, таким чином, створенню кращих довгострокових кліматичних моделей», — каже Аарон Буфе. «Вони також допомагають прояснити, як наша планета підтримувала вузький діапазон умов, які сприяють життю, шляхом балансування процесів виділення CO₂ і зберігання CO₂ протягом геологічного періоду».

Нільс Ховіус каже: «Якщо ми хочемо дослідити роль гір у вуглецевому циклі Землі в більш загальному сенсі, навіть, здавалося б, прості геологічні питання вимагатимуть більш цілісного підходу. Особливий інтерес представляють геологічно молоді гірські пояси на кордонах плит, де карбонатні гірські породи, ймовірно, переважають як біля поверхні, так і на глибині.

«Сьогоднішній Середземноморський регіон та інші порівняно молоді гірські хребти, такі як Індонезійський архіпелаг, демонструють геологічні умови та типи гірських порід, схожі на центральні Апенніни. Отже, наступне велике питання, з яким ми стикаємося, полягає в тому, чи може виділення газів в активних тектонічних областях бути глобальним явищем у простір і час».