Verwering en het begraven van rotsen in de oceaan kunnen de ijstijden van de aarde hebben veroorzaakt – Physics World

Verwering en het begraven van rotsen in de oceaan kunnen de ijstijden van de aarde hebben veroorzaakt – Physics World

Tijdstempel: 1 februari 2024 8:00 uur

Zwart-wit afbeelding van de microscopisch kleine plooien in smectiet
MIT-geologen hebben ontdekt dat tektonische activiteit aanleiding geeft tot smectiet, een kleisoort die gedurende miljoenen jaren een verrassende hoeveelheid organische koolstof kan vasthouden in zijn microscopische plooien (hier weergegeven). (Met dank aan: Anthony Priestas, Universiteit van Boston)

Geologen van het Massachusetts Institute of Technology (MIT) in de VS hebben een verband ontdekt tussen twee belangrijke theorieën over de klimaatgeschiedenis van de aarde op de lange termijn. De eerste is dat de blootstelling aan snel verwerende rotsen, ofiolieten genaamd, correleert met het kouder worden van het klimaat. De tweede is dat wanneer bergen in de zee eroderen, koolstof onder het water bedolven raakt. Beide fenomenen kunnen grootschalige afkoeling veroorzaken, en de bevindingen van het MIT-team suggereren dat de combinatie niet alleen de vier grote ijstijden in de geschiedenis van de aarde heeft veroorzaakt, maar ook de planeet vandaag de dag nog steeds afkoelt, wat een buffer vormt tegen een opwarmend klimaat – zij het slechts op een tijdschaal van miljoenen jaren.

Ofiolieten zijn fragmenten van de oceanische korst van de aarde die in de loop van de tijd door platentektoniek naar de oppervlakte zijn getild. Eenmaal blootgesteld aan de atmosfeer, verweren deze fragmenten tot rotsen die smectieten worden genoemd en die zich uiteindelijk weer op de oceaanbodem nestelen. Daar zijn ze dankzij hun gelaagde en gevouwen structuur uitstekende koolstofvangers. Op geologische tijdschalen hebben deze gesteenten dus een mondiaal koelend effect, en onderzoekers onder leiding van Oliver Jagoutz van de MIT's afdeling Aard-, Atmosferische en Planetaire Wetenschappen zeggen dat ze mogelijk hebben bijgedragen aan de verspreiding van gletsjers over het aardoppervlak in het Paleozoïcum, 541-252 miljoen jaar geleden.

Kleiplaten zetten uit en scheiden zich

Om dit vermoeden te ondersteunen analyseerde het team de geochemie en koolstofisotopische geschiedenis van smectietschalie en kalksteen. “De smectietstructuur ontstaat voornamelijk wanneer aluminiumarme mineralen (pyroxeen en olivijn) hun kationen verliezen aan regenwater en grondwater”, legt teamlid uit. Jozua Murray. “De mineralen die zich vormen hebben een zwakke laaglading (kleimineralen zien eruit als lange platte platen die op elkaar inwerken door middel van elektrostatische krachten). De zwakke ladingen van de lagen zorgen ervoor dat de kleiplaten uitzetten en uiteenvallen, waardoor veel meer oppervlakte bloot komt te liggen waarop organische koolstof zich kan binden.”

De onderzoekers bestudeerden de vorming van smectietklei om twee redenen. Ten eerste begrepen ze niet waarom koolstof meestal uit de oceaan neerslaat in de vorm van calciumcarbonaat, ook al vindt er zoveel recente verwering plaats in magnesiumrijke ofiolieten in de tropen. "Er zijn enkele theorieën over waarom dit gebeurt, maar het lot van magnesium en hoe het zich verhoudt tot koeling is slecht beperkt", zegt Murray.

Ten tweede lazen ze in de literatuur over smectietklei die geologisch werd getransporteerd naar het eiland Luzon, dat nu deel uitmaakt van de Filippijnen. Luzon, gelegen in de Zuid-Chinese Zee, is vulkanisch en produceert veel magnesiumrijk of mafisch smectiet. Het nabijgelegen eiland Taiwan daarentegen bestaat grotendeels uit oude metamorfe en sedimentaire gesteenten en produceert andere kleimineralen. "We zijn in het verleden begonnen de punten met elkaar te verbinden en deze mafische ofiolitische rotsen te koppelen aan organische begrafenissen", legt Murray uit.

Kleimineralogie en klimaat

Het koppelen van tektonische gebeurtenissen aan kleimineralogie en klimaat zou een veelbelovende weg kunnen zijn voor toekomstig onderzoek, vertelt hij Natuurkunde wereld. “Door het begraven van organisch materiaal komt zuurstof vrij in de atmosfeer, dus het is de moeite waard om naar enkele van de belangrijkste klimaatgebeurtenissen in de geschiedenis van de aarde te kijken, met oog voor de mineralogie van de sedimenten die zijn afgezet, vooral tijdens de zogenaamde grote oxidatie. gebeurtenis(sen) en 'sneeuwbalaarde'”, zegt hij.

De resultaten zouden zelfs implicaties kunnen hebben voor ons begrip van het klimaat op de vroege Mars, aangezien een groot deel van het oppervlak van Mars ook bedekt is met smectiet. "We denken actief na over de interactie tussen deze kleisoorten met een groot oppervlak in het verleden", zegt Murray.

Terug op aarde zijn de bevindingen de eerste die aantonen dat platentektoniek ijstijden kan veroorzaken door de productie van koolstofvangend smectiet, voegt hij eraan toe. “Tegenwoordig strekken deze ofiolieten zich uit van Papoea-Nieuw-Guinea helemaal tot aan Noord-India, Iran, Turkije, Griekenland en Italië”, zegt Murray. "We willen de sedimenten analyseren die afkomstig zijn van bergketens in deze delen van de wereld en het verband beoordelen tussen het gesteentetype, de kleimineralogie en de koolstofcyclus van de aarde."

De studie is gedetailleerd in Nature Geoscience.

Tijdstempel:

Meer van Natuurkunde wereld