De aanwezigheid of afwezigheid van botsingen tussen vulkanische bogen en continenten in de tropen stellen langetermijntrends in het aardse klimaat vast, volgens nieuw onderzoek.
Voor de hele geschiedenis van onze soort hebben mensen op een planeet geleefd met een stuk ijs dat elke pool afdekt. Maar de Aarde is al ongeveer 75 procent van de tijd ijsvrij sinds het complexe leven voor het eerst verscheen. Deze variatie in achtergrondklimaat, tussen gedeeltelijk verglaasd en ijsvrij, heeft geologen al tientallen jaren in de war gebracht.
Nu melden onderzoekers in Wetenschap dat tektonische activiteit de boosdoener kan zijn.
Bronnen of putten?
"Er zijn een paar hypothesen maar geen afspraken waarom we warmer of koudere klimaten hebben op deze zeer lange tijdschalen," zegt Francis Macdonald, een professor in de afdeling aardwetenschappen aan de Universiteit van Californië, Santa Barbara.
En wanneer Macdonald 'lange tijdschema's' zegt, spreekt hij minimaal over 10-perioden van een jaar. Dit zijn brede klimaattrends, de achtergrond waartegen natuurlijke en door de mens veroorzaakte fluctuaties spelen. Wetenschappers hebben relatief goed inzicht in welke factoren het klimaat beïnvloeden op een termijn van duizend jaar, volgens Macdonald.
Op welke schaal dan ook, het belangrijkste middel van klimaatverandering is koolstofdioxide (CO2). De vraag is welke factoren de hoeveelheid CO beïnvloeden2 in de atmosfeer. Sommige processen produceren CO2, terwijl anderen het absorberen. Wetenschappers noemen deze bronnen en putten. Het debat tussen geologen is of bronnen of putten het klimaat meer beïnvloeden.
De dichte oceaanbodem smelt terwijl hij onder het continent glijdt, wat een vulkanische boog voedt. (Tegoed: DOMDOMEGG)
"Sommigen hebben betoogd dat CO2 bronnen, zoals vulkanisme, hebben de klimaatverandering op lange tijdschalen gedreven, terwijl anderen beweerden dat, nee, het zijn de putten die de klimaatverandering op deze tijdschalen hebben veroorzaakt, "zegt Macdonald.
Hij gelooft dat het vooral de putten zijn, met name grote rotsachtige afzettingen die CO absorberen2 door chemische reacties. Maar deze koolstofputten zijn niet gelijkmatig verdeeld over het oppervlak. Een groter Indonesië is bijvoorbeeld slechts 1-2 procent van het blootgestelde landoppervlak van de aarde, maar is goed voor ruwweg 10 procent van de huidige geologische koolstofput.
De activiteit van deze putten is afhankelijk van een aantal factoren. Water is belangrijk voor de chemische reacties en wast ook de eindresultaten weg in de oceanen, waar ze CO consumeren2. Het opbouwen van een berg verhoogt de reacties door opzwepende en nieuwe rock bloot te leggen. In vlak terrein beschermt de bodem de onderliggende rots.
Ramkoers
Het type rots speelt ook een belangrijke rol. Stenen die rijk zijn aan ijzer en magnesium hebben eenvoudiger chemische bindingen die gemakkelijker afbreken. Dit maakt deze maïski-rotsen, zoals basalt, betere koolstofputten dan rotsen zoals graniet, die complexere verbindingen hebben.
Platentektoniek is wat deze geologische koolstofcyclus aandrijft. Wanneer een tektonische plaat onder een andere verschuift - gewoonlijk een dichte oceaanplaat onder een continent - voedt de smeltsteen een rij vulkanen op de bovenste plaat, een vulkanische boog genaamd. De Cascade Range van de Pacific Northwest is daar een voorbeeld van.
Macdonald en zijn collega's dachten dat wanneer deze vulkanische bogen met een ander continent botsen, de botsing maffische rotsen opheft. Deze rotsen worden gemakkelijk uitgehold, vooral op warme, natte en tropische breedtegraden, en het sediment wordt naar de oceanen gestuurd waar het CO verbruikt2. Dus, redeneerde hij, wanneer deze botsingen in de tropen plaatsvinden, drijven ze het klimaat naar afkoeling.
"De tropen zijn waar de rotsen het beste weer zijn, omdat het de warmste en natste is", legt coauteur Lorraine Lisiecki uit, een universitair hoofddocent ook op de afdeling aardwetenschappen.
Onze planeet, in beweging
Om hun hypothese te testen, gebruikte het team reconstructies van de continenten en bergopbouwende gebeurtenissen die wetenschappers in de afgelopen decennia hadden opgebouwd. Dit gaf hen een idee waar en wanneer arc-continent botsingen plaatsvonden. Ze beperkten zich tot de laatste 500 miljoen jaar, omdat het geologische record veel minder compleet is en reconstructies minder zeker, voor die tijd.
Temperatuur is moeilijker te lezen dan geografie, dus het team gebruikte een eenvoudige metriek: was er ijs op de palen op een gegeven moment of niet? Ze reconstrueerden deze informatie uit de literatuur door te kijken naar gegevens over rotsen die alleen in de aanwezigheid van ijs vormen. Wat ze ontdekten was dat de aarde in slechts vier perioden in hun tijdvenster een aanzienlijke ijslaag had.
De mate van poolijs (blauw) varieert met de hoeveelheid arc-continent botsingen (oranje) die voorkomen in de tropen (groen). (Credit: Francis MacDonald)
Door de geografische en temperatuurgegevens te combineren, ontdekte het team dat er in de afgelopen 500 miljoen jaar ijskoude klimaten plaatsvonden tijdens perioden van uitgebreide botsingen tussen continenten en vulkanische bogen in de tropen. Er was minder dan een 1 procent kans dat de wedstrijd te wijten was aan toeval.
"Gezien het aantal dingen dat tegelijkertijd op aarde verandert, is het verbazingwekkend dat alles heel goed is uitgekomen en op elkaar is afgestemd," zegt Lisiecki.
De botsingen hebben als bijkomend effect dat de vulkanische boogactiviteit wordt stopgezet, waardoor die CO-bron wordt afgesneden2. "Maar als het een vulkanisch effect was, zou het niet uitmaken waar de vulkaan was," zegt Lisiecki. Het is alleen het verweringseffect waarbij breedtegraad een verschil maakt. En het team vond een veel sterkere relatie tussen het klimaat en botsingen die in de tropen plaatsvonden, in plaats van die buiten de tropen.
"Deze hypotheses zijn niet noodzakelijk volledig onafhankelijk", zegt Macdonald, "maar onze analyse suggereert dat de sterkste relatie is met het verweringselement."
Niet het laatste woord
Macdonald begon aan dit grote compilatieproject nadat een aantal van zijn collega's de resultaten van studies met kleinere scopes hadden teruggedrongen.
"Ik dacht:" Je hebt helemaal gelijk. We moeten dit breder bekijken, '"herinnert hij zich. Nu hoopt het team dat dit document hun collega's uitdaagt om een strengere argumenten voor hun eigen hypothesen te formuleren.
Macdonald en Lisiecki weten ook dat dit papier niet het laatste woord is.
gerelateerde inhoud
"De database is open," zegt Macdonald, "dus ik hoop dat dit een iteratief project is. En naarmate er meer beperkingen online komen, kunnen ze worden ingevoerd en kan het model worden verfijnd. "Daartoe onderzoekt hij momenteel hoe sterk een type effectrots op deze hypothese is.
Mensen hebben honderdduizenden jaren geleefd met weinig begrip van de dramatische veranderingen die de planeet heeft gezien gedurende de aionen. Hoewel de onderwerpen die het onderzoekt oud zijn, ontwikkelde de moderne geologie zich relatief recent. De theorie van plaattektoniek werd bijvoorbeeld pas in de 1960s breed geaccepteerd.
"We denken vaak aan de aarde zoals altijd zoals we nu zien," zegt Macdonald. "Maar het is een heel andere planeet geweest gedurende zijn geschiedenis."
Bron: UC Santa Barbara
Verwante Boeken
