Dinamikusan regenerálódott a Föld egy prehisztorikus melegedésből

A Föld talán gyorsabban felépülhet az emelkedő szén-dioxid emissziókból, mint korábban hitték – ezt mutatja a Purdue Egyetem kutatói vezette, prehisztorikus eseményt vizsgáló tanulmány.

Amikor 56 millió évvel ezelőtt a Föld emelkedő hőmérsékletekkel és magas szintű légköri szén-dioxiddal találta magát szembe, növelte képességét, mellyel szenet vont ki az atmoszférából. Ez a szénciklus számos modellje által elvártnál gyorsabb regenerálódáshoz vezetett, de még így is több tízezer évig tartott – mondja Gabriel Bowen, a vizsgálat vezető kutatója.   

"Kiderült, hogy a többlet CO2 több mint fele 30-40 ezer év alatt kikerült az atmoszférából, ami a korábban előre vetített időtartamnak egyharmada” – magyarázza. „Még nem tudjuk pontosan, hova került a szén, ám a bizonyítékok azt sugallják, hogy sokkal dinamikusabb reakcióról van szó, mint amit a hagyományos modellek reprezentálnak."  

Bowen és kollégája, James Zachos a paleocén-eocén termális maximum (PETM) - megközelítőleg 170 ezer éves globális felmelegedési periódus - végét vizsgálta, mely számos jellegzetességen osztozik a mai helyzettel. "Ezen prehisztorikus esemény során több milliárd tonna szén került az óceánba, atmoszférába és bioszférába, ami mintegy 5 fokos melegedést idézett elő” – mondja Bowen. "Ez jó analógia a fosszilis üzemanyagokból manapság felszabaduló szénre.” 

A kutatók 20 éve tudnak erről a prehisztorikus eseményről, ám az rejtély maradt, ez a rendszer hogyan regenerálódott és tért vissza a normál atmoszferikus szintekre. Tengeri és szárazföldi üledékmintákat vizsgáltak át, melyek az esemény során rakódtak le. Két különböző széntípus, a karbon-12 és a karbon-13 izotópok szintjeit mérték le. Ezen két izotóp aránya akkor változik meg, amikor az atmoszférából szén-dioxid tűnik el vagy kerül be a szerves anyag növekedése vagy bomlása révén.  

A növények a fotoszintézis során a karbon-12-őt preferálják, és amikor megnövelik szén-dioxid-felvételüket, akkor az atmoszférában eltolódik a karbon izotópok aránya. Ez az eltolódás aztán visszatükröződik azon ásványokban jelenlévő karbon izotópokban, melyek az atmoszferikus szén-dioxidot felölelő reakciók során alakultak ki. 

"A szénizotóp-változás aránya az ásványokban elárulja, milyen gyorsan került ki az atmoszférából a szén-dioxid. Az esemény kezdetén észlelhető egy eltolódás, mely azt mutatja, hogy rengeteg szerves eredetű szén-dioxid került az atmoszférába, az esemény végén lévő eltolódás szerint pedig nagy mennyiségű CO2 volt felvéve szerves szénként, és így eltűnt az atmoszférából.” A vizsgálat a Nature Geoscience folyóiratban jelent meg.

Korábban azt hitték, hogy a lassú és relatíve állandó regenerálódás nem sokkal a többlet szén atmoszférába kerülése után megindult, és a kőzetek mállása – az úgynevezett szilikátmállás – szabályozta a reakció időzítését. A kőzetekben lévő, szilícium alapú ásványokkal reakcióba lépő atmoszferikus CO2 a levegőből származik, és a reakció végtermékében esik csapdába. Ennek a mechanizmusnak meglehetősen közvetlen kapcsolata van az atmoszférában lévő szén-dioxid mennyiségével, emellett relatíve lassan megy végbe. A kutatók által a PETM alatt talált változások jóval túlmutatnak a szilikátmállástól várható hatásokon.

„Úgy tűnik, volt egy hosszabb időszak, amikor az atmoszferikus CO-2 magasabb szintjét rövid, és gyors regenerálódás követte a normál szintekre. Ezen regeneráció alatt a sebesség, mellyel a szén kikerült a légkörből egy nagyságrenddel nagyobb volt, mint a csak szilikátmállástól elvárható, lassú szénkivonás.”

A bioszféra gyors növekedése - az erdők, növények és szénben gazdag talajok térhódítása a többlet CO2 felfogására – magyarázhatja meg a gyors regenerálódást – mondja Bowen. „A bioszféra növekedése a gyors helyrerázódás egyik hihető mechanizmusa, ám annak érdekében, hogy ezt a sok karbont az erdők és talaj felvegye, először ezen széntározók masszív kifogyására volt szükség. Még nem tudjuk, hogy az ezen eseményt kiváltó összes szén honnan származik, és eredményeink azt sugallják, hogy a kontinentális bioszféra nagy részének elégése vagy széles körű bomlása közrejátszhatott benne.” Más forrásokból – mint tűzhányók vagy tengerfenéki üledékek – történő felszabadulás is elindíthatta az eseményt. 

„A bioszférából származó szénfelszabadulás pozitív visszacsatolásként is létrejöhetett a melegedésre” – magyarázza Bowen. „Az erdők kiszáradhattak, mely kihaláshoz és erdőtüzekhez vezethetett. Amennyiben a Föld klímáját olyan pontra juttatjuk, hogy ilyen visszacsatolás indul be, a klímaváltozás felgyorsult ütemével szembesülhetünk.”  

A csapat folytatja a munkát a szénciklus új modelljein, miközben a PETM alatti vízciklust érintő változásokat is vizsgálja. „Ki kell derítenünk, a szén hová került azon évek során annak érdekében, hogy megtudjuk, a jövőben hova kerülhet. Ezek az eredmények azt mutatják, hogy a Föld reakciója sokkal dinamikusabb, mint hittük, és megvilágítják a visszacsatolási hurkok fontosságát a szénciklusban."