Учени от университета Кеймбридж и NTU Сингапур установиха, че сблъсъците на тектонските плочи привличат повече въглерод във вътрешността на Земята, отколкото се смяташе досега.

Учените са открили, че въглеродът, попаднал във вътрешността на Земята в зоните на субдукция, където тектонските плочи се сблъскват и потъват във вътрешността на Земята, има тенденция да остане заключен на дълбоко, вместо да се появи отново на повърхността под формата на вулканични емисии.

Откритията им, публикувани в Nature Communications, предполагат, че само около една трета от въглерода под вулканичните вериги се връща на повърхността чрез рециклиране, за разлика от предишните теории, че това, което потъва, се връща нагоре.

Едно от решенията за справяне с изменението на климата е да се намерят начини за намаляване на количеството CO2 в атмосферата на Земята. Изучавайки как въглеродът се държи дълбоко в Земята, където се помещава по-голямата част от въглерода на нашата планета, учените могат по-добре да разберат целия жизнен цикъл на въглерода на планетата и как той преминава между атмосферата, океаните и живота на повърхността.

Най-добре разбраните части от въглеродния цикъл са на или близо до повърхността на Земята, но дълбоките запаси от въглерод играят ключова роля за поддържане на обитаемостта на нашата планета чрез регулиране на атмосферните нива на CO2.

"Понастоящем имаме сравнително добро разбиране за повърхностните резервоари на въглерод и потоците между тях, но знаем много по-малко за въглерода във вътрешността на Земята, където неговите цикли продължават от милиони години", каза водещият автор Стефан Фарсанг, който е провел изследването като докторант департамента по науки за Земята в Кеймбридж.

Има редица начини за изхвърляне на въглерод в атмосферата (като CO2), но има само един път, по който той може да се върне във вътрешността на Земята - чрез субдукция на плочата. Тук повърхностният въглерод, например под формата на миди и микроорганизми, които са заключили атмосферния CO2 в черупките си, се насочва във вътрешността на Земята. Учените досега са смятали, че голяма част от този въглерод след това се връща в атмосферата като CO2 чрез емисиите от вулканите. Но новото проучване разкрива, че химическите реакции, които протичат в погълнатите скали в зоните на субдукция, улавят въглерода и го изпращат по-дълбоко във вътрешността на Земята, спирайки част от него да се върне на повърхността на планетата.

Екипът е провел поредица от експерименти в Европейския център за синхротронна радиация, "ESRF разполага с водещи световни съоръжения и експертизата, от която се нуждаем, за да постигнем резултатите си", каза съавторът Саймън Редферн, декан на Колежа по наука в NTU Сингапур , "Съоръжението може да измерва много ниски концентрации на тези метали при условията на високо налягане и температура, които ни интересуват." За да възпроизведат високите налягания и температури в зоните на субдукция, те използват нагрята диамантена наковалня, при която се постигат екстремни налягания чрез притискане на пробата между две малки диамантени плоскости.

Работата подкрепя все повече доказателства, че карбонатните скали, които имат същия химичен състав като кредата, стават по-малко богати на калций и по-богати на магнезий, когато попаднат по-дълбоко в мантията. Тази химическа трансформация прави карбоната по-малко разтворим, което означава, че той не преминава в течностите, които вулканите доставят на повърхността. Вместо това по-голямата част от карбоната потъва по-дълбоко в мантията, където в крайна сметка може да се превърне в диамант.

"Предстоят още много изследвания в тази област", ​​казва Фарсанг. "В бъдеще ние се стремим да усъвършенстваме нашите оценки, като изследваме разтворимостта на карбонатите в по-широки диапазони на температурата и налягането и в няколко течни композиции."

Констатациите са важни и за разбирането на ролята на образуването на карбонатите в нашата климатична система в по-общ план.

"Нашите резултати показват, че тези минерали са много стабилни и със сигурност могат да затворят CO2 от атмосферата в твърди минерални форми, което може да доведе до отрицателни емисии", казва Редферн. Екипът проучва използването на подобни методи за улавяне на въглерод, които могат да складират атмосферния CO2 в скали и океани.

"Тези резултати също ще ни помогнат да разберем по-добри начини да заключим въглерода в твърдата Земя, извън атмосферата. Ако успеем да ускорим този процес повече, отколкото природата се справя, това може да се окаже път за решаване на климатичната криза", казва Редферн.

Stefan Farsang et al, Deep carbon cycle constrained by carbonate solubility, Nature Communications 2021). DOI: 10.1038/s41467-021-24533-7