Ученые объяснили, как на Земле происходит круговорот ископаемого углерода

Будучи основным элементом жизни на нашей планете, углерод постоянно перемещается от живых существ в земную кору и обратно в атмосферу, но до недавнего времени количественная оценка этого путешествия была практически невозможна.

 

Чтобы помочь разгадать тайну того, как на Земле происходит круговорот ископаемого углерода, Марк Торрес из Университета Райса и его коллеги изучили химию речной системы, простирающейся от Перуанских Анд до пойм Амазонки. Вместе с сотрудниками из пяти других институтов Торрес помог показать, что высокие темпы распада углерода сохраняются от вершины горы до поймы, поскольку углерод, связанный в породе, которая когда-то была доисторическим дном океана, высвобождается в атмосферу в результате эрозии и выветривания.

 

Согласно исследованию, опубликованному в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, ученые использовали рений — серебристо-серый тяжелый переходный металл — в качестве заместителя углерода. Понимание естественного, доантропогенного углеродного цикла Земли дает ценную информацию об истории планеты и ее реакции на текущие климатические проблемы.

 

«Цель этого исследования состояла в том, чтобы количественно оценить скорость, с которой Земля естественным образом выбрасывает углекислый газ в атмосферу, и выяснить, различается ли этот процесс в разных географических точках», — сказал Торрес.

 

Традиционно понимание этого процесса было сложной задачей, поскольку он включает в себя сложные химические реакции, которые превращают горные породы в газы, такие как углекислый газ, что затрудняет количественную оценку.

 

«В этом исследовании использовалась недавно разработанная методика, впервые разработанная Робертом Хилтоном и Матье Деллинджером, которая основана на микроэлементе — рении, который включен в ископаемое органическое вещество», — сказал Торрес. «По мере того, как планктон умирает и опускается на дно океана, этот мертвый углерод становится химически активным, и к нему добавляется рений».

 

В течение обширных периодов времени геологические процессы могут привести к тому, что порода на дне океана будет выброшена на поверхность Земли в виде горных хребтов, и древний углерод, запертый в породе, будет медленно высвобождаться в атмосферу. При этом остается рений, который можно измерить в воде.

 

В отличие от других элементов ископаемого углерода, таких как азот или фосфор, которые поглощаются растениями или становятся частью других химических или биологических процессов, рений относительно инертен, что делает его хорошим инструментом для измерения количества углерода, выбрасываемого в атмосферу из земная кора.

 

«Организмы не заботятся об этом — это не питательное вещество», — сказал Торрес. «Он просто пассивно включается в реки, где мы можем его измерить. Хороший прокси — это тот, который реагирует только на процесс, который вы пытаетесь изучить. Чтобы интерпретировать его таким образом, необходимо много знать о рении как элементе, его химическом составе и окружающей среде. Единственным хозяином этого элемента является ископаемый углерод, испаряющийся в атмосферу».

 

Бассейн Рио-Мадре-де-Дьос был идеальным местом для изучения этого вопроса, поскольку он обеспечивал естественный градиент от высот одного из самых высоких горных хребтов до пойм самой большой по объему реки мира. Более того, типы горных пород, обнаженные на этом участке, представляют собой богатые углеродом сланцы, которые, по словам Торреса, именно то, что вы хотели бы изучить в этом случае.

 

«Я очень воодушевлен этим инструментом», — сказал Торрес. «Студенты Райса применили тот же метод в нашей лаборатории, так что теперь мы можем проводить такого рода измерения и применять их на других объектах. Фактически, в рамках текущих исследований, финансируемых Национальным научным фондом, мы применяем этот метод в Южная Калифорния, чтобы узнать, как тектоника и климат влияют на распад ископаемого углерода».

 

Поняв медленные процессы, которые управляют углеродным циклом нашей планеты, ученые смогут построить более точные климатические модели и работать над более эффективными стратегиями смягчения воздействия антропогенных выбросов углерода.