Under många hundra miljoner år har medeltemperaturen på jordens yta varierat med inte mycket mer än 20° Celsius, vilket underlättar livet på vår planet. För att upprätthålla sådana stabila temperaturer måste jorden ha en "termostat" som reglerar koncentrationen av atmosfärisk koldioxid över geologiska tidsskalor, vilket påverkar den globala temperaturen.
Erosion och vittring av stenar är viktiga delar av denna "termostat". Ett team under ledning av LMU-geologen Aaron Bufe och Niels Hovius från German Research Centre for Geosciences har nu modellerat inverkan av dessa processer på kol i atmosfären. Deras överraskande resultat:CO2 fångst genom väderreaktioner är högst i bergskedjor med låg relief med måttliga erosionshastigheter och inte där erosionshastigheterna är snabbast.
Vitring uppstår när sten utsätts för vatten och vind. "När silikater vädras, avlägsnas kol från atmosfären och fälls senare ut som kalciumkarbonat. Däremot frigör vittring av andra faser - såsom karbonater och sulfider eller organiskt kol som finns i stenar - CO2 . Dessa reaktioner är vanligtvis mycket snabbare än silikatvittring, säger Hovius.
"Som en konsekvens är bergsbyggandets inverkan på kolets kretslopp komplex."
För att ta itu med denna komplexitet använde forskarna en vittringsmodell för att analysera flöden av sulfid-, karbonat- och silikatvittring i ett antal riktade studieregioner - som Taiwan och Nya Zeeland - med stora intervall i erosionshastigheter. De publicerade sina resultat i Science .
"Vi upptäckte liknande beteenden på alla platser, vilket pekar på vanliga mekanismer", säger Bufe.
Ytterligare modellering visade att sambandet mellan erosion och CO2 -flöden är inte linjär, utan att CO2 fånga från vittringstoppar med en erosionshastighet på cirka 0,1 millimeter per år. När priserna är lägre eller högre, mindre CO2 är sekvestrerad och CO2 kan till och med släppas ut i atmosfären.
"Höga erosionshastigheter som i Taiwan eller Himalaya gör att vittring blir en CO2 källa, eftersom silikatvittring slutar öka med erosionshastigheter någon gång, medan vittringen av karbonater och sulfider ökar ytterligare", förklarar Bufe.
I landskap med måttliga erosionshastigheter på cirka 0,1 millimeter per år är de snabbt vittrade karbonaterna och sulfiderna i stort sett utarmade, medan silikatmineraler är rikliga och vädereffektiva.
Där erosionen är till och med långsammare än 0,1 millimeter per år är det bara ett fåtal mineraler kvar att vittra. Den största CO2 sänkor är därför lågreliefbergskedjor som Black Forest eller Oregon Coast Range, där erosionshastigheterna närmar sig det optimala.
"Över geologiska tidsskalor beror temperaturen till vilken jordens "termostat" är inställd därför starkt på den globala fördelningen av erosionshastigheter", säger Bufe.
För att förstå effekterna av erosion på jordens klimatsystem mer i detalj, anser Bufe att framtida studier dessutom bör överväga sänkor av organiskt kol och vittring i översvämningsslätter.
Mer information: Aaron Bufe, CO2 avdrag från väderpåverkan maximerad vid måttliga erosionshastigheter, Science (2024). DOI:10.1126/science.adk0957. www.science.org/doi/10.1126/science.adk0957
Journalinformation: Vetenskap
Tillhandahålls av Ludwig Maximilian University of München
