Исследование показывает, что форма и глубина дна океана глубоко влияют на то, как там хранится углерод

Перемещение углерода между атмосферой, океанами и континентами — углеродный цикл — является фундаментальным процессом, регулирующим климат Земли. Некоторые факторы, такие как извержения вулканов или деятельность человека, приводят к выбросам углекислого газа в атмосферу. Другие, такие как леса и океаны, поглощают этот CO.₂. В хорошо регулируемой системе необходимое количество CO₂ выделяется и поглощается для поддержания здорового климата. Связывание углерода является одной из тактик в нынешней борьбе с изменением климата.

Новое исследование показывает, что форма и глубина дна океана объясняют до 50% изменений глубины, на которой углерод связывался в океане за последние 80 миллионов лет. Ранее эти изменения объясняли другими причинами. Ученым давно известно, что океан, крупнейший поглотитель углерода на Земле, напрямую контролирует количество углекислого газа в атмосфере. Но до сих пор не было ясно, как именно изменения в топографии морского дна за историю Земли повлияли на способность океана улавливать углерод.

Работа опубликована в журнале Труды Национальной академии наук.

«Мы смогли впервые показать, что форма и глубина дна океана играют важную роль в долгосрочном углеродном цикле», — сказал Мэтью Богумил, ведущий автор статьи и аспирант Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе, изучающий Землю и планету. и космические науки.

Долгосрочный углеродный цикл состоит из множества движущихся частей, каждая из которых функционирует в разных временных масштабах. Одной из этих частей является батиметрия морского дна — средняя глубина и форма дна океана. Это, в свою очередь, контролируется относительным положением континента и океанов, уровнем моря, а также течением внутри мантии Земли. Модели углеродного цикла, откалиброванные с помощью наборов палеоклиматических данных, составляют основу для понимания учеными глобального морского углеродного цикла и того, как он реагирует на природные возмущения.

«Обычно модели углеродного цикла в истории Земли рассматривают батиметрию морского дна либо как фиксированный, либо как второстепенный фактор», — сказал Тушар Миттал, соавтор статьи и профессор геонаук в Университете штата Пенсильвания.

Новое исследование реконструировало батиметрию за последние 80 миллионов лет и включило данные в компьютерную модель, которая измеряет секвестрацию углерода в морской среде. Результаты показали, что щелочность океана, состояние насыщения кальцитом и глубина компенсации карбонатов сильно зависят от изменений в мелководных частях океанского дна (около 600 метров или меньше) и от того, как распределены более глубокие морские регионы (более 1000 метров). Эти три меры имеют решающее значение для понимания того, как углерод хранится на дне океана.

Исследователи также обнаружили, что для нынешней геологической эры, кайнозойской, только батиметрия составляла 33–50% наблюдаемых изменений в связывании углерода, и пришли к выводу, что, игнорируя батиметрические изменения, исследователи ошибочно приписывают изменения в связывании углерода другим, менее определенным факторам. , например атмосферный CO₂температура водной толщи, а также силикаты и карбонаты, вымываемые реками в океан.

«Понимание важных процессов в долгосрочном углеродном цикле может лучше информировать ученых, работающих сегодня над морскими технологиями удаления углекислого газа для борьбы с изменением климата», — сказал Богумил. «Изучая то, что делала природа в прошлом, мы можем узнать больше о возможных результатах и ​​практичности морской секвестрации для смягчения последствий изменения климата».

Новое понимание того, что форма и глубина океанского дна, возможно, больше всего влияют на поглощение углерода, может также помочь в поиске обитаемых планет в нашей Вселенной.

«Глядя на далекие планеты, мы в настоящее время располагаем ограниченным набором инструментов, которые могут дать нам представление об их потенциале обитаемости», — сказала соавтор Каролина Литгоу-Бертеллони, профессор Калифорнийского университета в Лос-Анджелесе и заведующая кафедрой наук о Земле, планетах и ​​космосе. «Теперь, когда мы понимаем важную роль, которую батиметрия играет в углеродном цикле, мы можем напрямую связать внутреннюю эволюцию планеты с ее поверхностной средой, делая выводы на основе наблюдений JWST и понимая планетарную обитаемость в целом».

Этот прорыв представляет собой только начало работы исследователей.

«Теперь, когда мы знаем, насколько важна батиметрия в целом, мы планируем использовать новые симуляции и модели, чтобы лучше понять, как различная форма океанского дна конкретно повлияет на углеродный цикл и как он менялся в истории Земли, особенно в раннюю эпоху, когда большая часть часть суши оказалась под водой», — сказал Богумил.