Das Erdinnere schluckt mehr Kohlenstoff als gedacht – und fängt es weit in der Tiefe ein

Kredit: NASA

Wissenschaftler der University of Cambridge und der NTU in Singapur haben herausgefunden, dass langsame Kollisionen tektonischer Platten mehr Kohlenstoff ins Erdinnere ziehen als bisher angenommen.

Sie stellen fest, dass Kohlenstoff, der in Subduktionszonen in das Erdinnere gezogen wird – wo tektonische Platten kollidieren und ins Erdinnere sinken – dazu neigt, außerhalb der Tiefe zu bleiben, anstatt als vulkanische Emissionen zu erscheinen.

Ihre Ergebnisse, veröffentlicht in Naturkommunikation, geht davon aus, dass etwa ein Drittel des unter Vulkanketten recycelten Kohlenstoffs durch Recycling an die Oberfläche zurückkehrt, im Gegensatz zu früheren Theorien, dass das, was fällt, meistens an die Oberfläche zurückfließt.

Eine Lösung zur Bekämpfung des Klimawandels besteht darin, Wege zur Reduzierung der Kohlendioxidmenge zu finden₂ in der Erdatmosphäre. Durch die Untersuchung des Verhaltens von Kohlenstoff tief in der Erde, der den größten Teil des Kohlenstoffs auf unserem Planeten ausmacht, können Wissenschaftler den gesamten Lebenszyklus von Kohlenstoff auf der Erde und seinen Fluss zwischen Atmosphäre, Ozeanen und Leben an der Oberfläche besser verstehen.

Die am besten verstandenen Teile des Kohlenstoffkreislaufs befinden sich an oder nahe der Erdoberfläche, aber tiefe Kohlenstoffspeicher spielen eine Schlüsselrolle bei der Aufrechterhaltung der Bewohnbarkeit unseres Planeten, indem sie das Kohlendioxid in der Atmosphäre regulieren.₂ Ebenen. sagte Hauptautor Stephane Farsang, der die Forschung als Doktorand am Department of Earth Sciences der University of Cambridge durchführte.

Es gibt eine Reihe von Möglichkeiten, wie Kohlenstoff wieder in die Atmosphäre abgegeben werden kann (z. B. Kohlendioxid₂Aber es gibt nur einen Weg, auf dem es ins Erdinnere zurückkehren kann: durch Plattensubduktion. Hier Oberflächenkohlenstoff, zum Beispiel in Form von Muscheln und Mikroorganismen, die Kohlendioxid in der Atmosphäre einschließen₂ In ihren Schalen sind sie in den Boden gerichtet. Wissenschaftler glaubten, dass ein Großteil dieses Kohlenstoffs dann in Form von Kohlendioxid in die Atmosphäre zurückkehrte₂ durch Emissionen von Vulkanen. Aber die neue Studie zeigt, dass chemische Reaktionen in Gesteinen, die in Subduktionszonen verschluckt wurden, Kohlenstoff einfangen und tiefer ins Erdinnere schicken – wodurch verhindert wird, dass ein Teil davon an die Erdoberfläche zurückkehrt.

Das Team führte eine Reihe von Experimenten in der European Synchrotron Radiation Facility durch, und „ESRF verfügt über weltweit führende Einrichtungen und das Fachwissen, das wir brauchen, um unsere Ergebnisse zu erhalten“, sagte Co-Autor Simon Redfern, Dekan der Fakultät für Naturwissenschaften an der NTU Singapur. „Die Anlage kann sehr geringe Konzentrationen dieser Metalle bei den für uns interessanten Hochdruck- und Temperaturbedingungen messen.“ Um die hohen Drücke und Temperaturen der Eruptionsregionen nachzubilden, verwendeten sie einen heißen „Diamantamboss“, bei dem extreme Drücke durch das Aufpressen zweier kleiner Diamantambosse auf die Probe erreicht werden.

Die Arbeit unterstützt zunehmende Beweise dafür, dass Karbonatgesteine, die die gleiche chemische Zusammensetzung wie Kreide haben, weniger kalzium- und mehr magnesiumreich werden, wenn sie tiefer in den Mantel geleitet werden. Diese chemische Verschiebung macht die Karbonate weniger löslich – was bedeutet, dass sie nicht von den Flüssigkeiten angezogen werden, die Vulkane versorgen. Stattdessen sinken die meisten Karbonate tief in den Mantel, wo sie schließlich zu Diamanten werden können.

„In diesem Bereich muss noch viel geforscht werden“, sagte Varsang. „In Zukunft wollen wir unsere Schätzungen verbessern, indem wir die Löslichkeit von Carbonaten bei breiteren Temperaturen, Druckbereichen und in vielen Flüssigkeitszusammensetzungen untersuchen.“

Die Ergebnisse sind auch wichtig, um die Rolle der Karbonatbildung in unserem Klimasystem im Allgemeinen zu verstehen. Unsere Ergebnisse zeigen, dass diese Mineralien sehr stabil sind und definitiv CO . einschließen können₂ aus der Atmosphäre in feste mineralische Formen, die zu negativen Emissionen führen können.“ Das Team suchte nach ähnlichen Methoden zur Abscheidung von Kohlenstoff, der Kohlendioxid in die Atmosphäre befördert.₂ Lagerung in Felsen und Ozeanen.

Diese Ergebnisse werden uns auch helfen, bessere Möglichkeiten zur Bindung von Kohlenstoff in der festen Erde außerhalb der Atmosphäre zu verstehen. Wenn wir diesen Prozess schneller beschleunigen können, als die Natur es handhabt, könnte dies ein Weg zur Lösung der Klimakrise sein“, sagte Redfern.

Referenz: „Der tiefe Kohlenstoffkreislauf wird durch die Löslichkeit von Karbonaten eingeschränkt“ von Stephane Farsang, Marion Lovell, Chushuai Zhao, Mohamed Mezouar, Angelica Rosa, Remo N. Widmer, Xiaoli Feng, Jin Liu und Simon AT Redfern, 14. Juli 2021, Naturkommunikation.
DOI: 10.1038 / s41467-021-24533-7