Естественная система очистки воздуха Земли работает лучше, когда она более влажная

Когда тепло и дождливо, минералы, которые вступают в реакцию с углекислым газом, поглощают больше парниковых газов.

Извержения вулканов естественным образом выделяют углекислый газ, хотя деятельность человека способствует гораздо большему количеству газа

Если супервулкан извергнет удушающее облако углекислого газа, даже если последствия будут смертельными и разрушительными, атмосфера Земли в конечном итоге вернется в нормальное состояние. Куда же тогда попадает весь этот парниковый газ?

Оказывается, поверхность Земли скрывает естественный воздушный фильтр.

Конечно, растения играют свою роль, потребляя углекислый газ для фотосинтеза. Геологи давно знают об этом воздушном фильтре, но им еще предстоит понять, как он работает. Теперь у ученых есть доказательства того, что контролирует процесс в глобальном масштабе: эти минералы выветриваются быстрее, если погода теплая и дождливая.“Все хотят понять, как устроен земной шар”, - говорит Сьюзан Брэнтли, геолог из Университета штата Пенсильвания. Брэнтли и ее коллеги опубликовали свои доказательства в журнале Science today. В процессе эти минералы вступают в реакцию с углекислым газом и вытягивают его из атмосферы.

Геологи давно знают об этом воздушном фильтре, но им еще предстоит понять, как он работает. Теперь у ученых есть доказательства того, что контролирует процесс в глобальном масштабе: эти минералы выветриваются быстрее, если погода теплая и дождливая.

“Все хотят понять, как устроен земной шар”, - говорит Выветривание — это когда камни и минералы разрушаются под воздействием природных элементов - воды, тепла, микроорганизмов и растений, и это лишь некоторые из них. (Выветривание - это не эрозия, которая включает в себя движение, такое как дующий ветер или текущая вода, которая поднимает крошки породы и разбрасывает их в другом месте.) Авторы сосредоточились на одном конкретном типе выветривания, вызванном химическими реакциями с участием углекислого газа., геолог из Университета штата Пенсильвания. Брэнтли и ее коллеги опубликовали свои доказательства в журнале Science today.

Выветривание — это когда камни и минералы разрушаются под воздействием природных элементов - воды, тепла, микроорганизмов и растений, и это лишь некоторые из них. (Выветривание - это не эрозия, которая включает в себя движение, такое как дующий ветер или текущая вода, которая поднимает крошки породы и разбрасывает их в другом месте.) Авторы сосредоточились на одном конкретном типе выветривания, вызванном химическими реакциями с участием углекислого газа.

Даже тогда этот газ не выдерживает все минералы одинаково. В зависимости от их химического состава, некоторые могут выбрасывать углекислый газ обратно в атмосферу. Брэнтли и ее коллеги вместо этого изучили группу минералов, известных как силикатные минералы, молекулы которых содержат атомы кремния и кислорода. Силикатные минералы вступают в реакцию с углекислым газом и накапливают его в земле или, иногда, в воде. К счастью, этих соединений много: кислород и кремний - два наиболее распространенных элемента в земной коре.

Авторы хотели ответить на один вопрос: как быстро выветриваются силикатные минералы и как этот атрибут меняется по мере изменения их окружения?

Ответ не однозначен. Химические реакции не являются причиной всего мирового выветривания; геологам трудно отделить химическое выветривание от биологической активности или просачивания грунтовых вод.

Из-за этой сложности геологи обнаружили, что химическое выветривание, по-видимому, происходит гораздо медленнее в почве снаружи, чем в контролируемой лаборатории. Это проблематичное несоответствие. По словам Брэнтли, “если вы даже не можете экстраполировать данные из своего стакана на поток за пределами вашей лаборатории, как мы можем экстраполировать данные на земной шар?”

К счастью, Брэнтли и его коллеги были не единственными исследователями, интересовавшимися этой проблемой. У них были десятилетия исследований, выполненных на местном и региональном уровнях. Они могли бы посмотреть на эксперименты, проведенные в лаборатории. Они могли бы уменьшить масштаб и посмотреть на наблюдения за выветриванием участков почвы. Они могли бы увеличить масштаб и найти исследования, изучающие, как выветривание воздействовало на целые речные системы.

Анализируя эти данные, они могут уменьшить масштаб еще больше и оценить глобальную тенденцию.

Группа Брэнтли обнаружила, что с повышением температуры происходило и выветривание. Аналогичным образом, выветривание замедлилось на холоде. Но тепло было не единственным фактором, который они обнаружили. Если бы земля не находилась в движении — если бы было меньше эрозии для перемещения горных пород или меньше осадков для создания текущей воды - выветривание замедлилось.

[По теме: В этом алмазе содержится невиданный ранее минерал, который не может существовать на поверхности Земли]

“Это очень подробный анализ”, - говорит Сальваторе Калабрезе, инженер-эколог из Техасского университета A & M, который не был автором статьи.

“Это позволяет согласовать полевые [и] лабораторные исследования и сделать это последовательным сообщением”, - говорит Боб Хинтон, геолог из Оксфордского университета, который также не был автором статьи.

По словам Брэнтли, это открытие, безусловно, помогает геологам, пытающимся заглянуть в прошлое Земли, вернуться к ее долгой истории извержений вулканов и вернуться к нормальной жизни. Предполагая, что их модели точны, геологи могут заглянуть очень далеко назад. Например, они могли бы исследовать сохранившуюся почву, которой миллиарды лет, и сделать обоснованное предположение о ее атмосфере.

Что более актуально для настоящего, количество парниковых газов, выбрасываемых вулканами, является каплей в море выбросов от людей, сжигающих ископаемое топливо. Возникает еще один вопрос: если мы знаем, что выветривание может обезуглероживать воздух, то почему мы не можем ускорить этот процесс?

Как это происходит, ученые и инженеры уже работают над этим: идея, которую они называют улучшенным выветриванием. Процесс, как они его представляют, может повлечь за собой разбрызгивание каменной крошки по океану или по обширным участкам суши. Есть надежда, что минералы в горных породах окажут влияние на углекислый газ в мире, если это будет сделано на больших участках сельскохозяйственных угодий в мире. (Конечно, это может означать добычу камней откуда-то и потенциальное воздействие на людей каменной пыли.)

Это новая идея, и на данный момент она в основном ограничена лабораторией. В некоторых экспериментах оценивалось, как это работает в присутствии почвы и растений, например, тесты, проведенные Калабрезе и его коллегами на небольших участках в тропическом лесу. “Вы можете провести некоторые измерения, но вы не можете по-настоящему посмотреть, что произойдет во всем лесу”, - говорит он.

Это означает, что сторонники усиленного выветривания сталкиваются со многими из тех же неизвестных, что и геологи, такие как Брэнтли. Они знают, что происходит в лаборатории, но они не знают, как этот процесс может взаимодействовать с реальными почвами. И они не знают, меняются ли их наблюдения в зависимости от размера области.

Таким образом, это означает, что выводы Брэнтли могут послужить основой для будущих исследований в области атмосферных воздействий: например, указать исследователям места с обильным водоснабжением. “Может быть, это хорошая ссылка, чтобы сказать: ”Хорошо, может быть, мы можем сделать что-то подобное", чтобы сделать улучшенное выветривание более эффективным, - говорит Калабрезе.

Со своей стороны, Брэнтли меньше заинтересована в усилении выветривания, чем в некоторых других игроках, стоящих за выветриванием, а именно, в живых организмах. Жизнь может способствовать выветриванию: микробы могут манипулировать окружающими их минералами. В то же время живые существа могут замедлить его — например, дерево может врезаться корнями в камень и стабилизировать его.

Хинтон согласен с тем, что геологи должны теперь изучить, что делают микробы.

“Они, вероятно, являются частью этой температурной реакции”, - говорит Хинтон. “Итак, понимание того, как они работают, как они функционируют, действительно важно”.