На протяжении большей части геологической истории Земли её палеоклимат оставался благоприятным для жизни во многом благодаря континентальному силикатному выветриванию, которое действует как долгосрочный планетарный термостат.
Исследовательская группа под руководством профессора Чэнь Джитао из Нанкинского института геологии и палеонтологии Китайской академии наук (NIGPAS) разработала 60-миллионный отчёт об индексе химического выветривания (CIA) на основе непрерывно отложившейся последовательности пород от карбона до ранней перми на склоне в Южном Китае.
Исследование, в котором использовались геохимический анализ и анализ состава глинистых минералов для измерения интенсивности регионального химического выветривания, опубликовано в журнале Geophysical Research Letters.
Силикатное выветривание — ключевой процесс в эволюции земной системы
Силикатное выветривание — это критический процесс в эволюции земной системы: оно изменяет состав атмосферы, поглощая парниковые газы, и доставляет земные питательные вещества в морскую воду — эффекты, которые изменяют химический состав океана и повышают морскую первичную продуктивность. По этой причине учёные тщательно изучили силикатное выветривание в ходе геологических событий, чтобы понять его роль в нарушении или поддержании баланса земной системы.
Поздний палеозойский ледниковый период (LPIA) — самое продолжительное и экстремальное «ледниковое» климатическое событие фанерозойского эона. Предыдущие исследования подтвердили два ключевых триггера LPIA: низкоширотное герцинское горообразование (событие горообразования) и эволюционное расширение наземных растений.
Оба процесса увеличили потоки континентального силикатного выветривания, снизив уровни атмосферного углекислого газа (pCO₂). Однако разграничить их относительный вклад оказалось сложной задачей, поскольку глобальные прокси-данные о выветривании не позволяют легко различить их совместное влияние на усиление потоков выветривания.
Исследование влияния горообразования и эволюции растений на выветривание
Исследователи отметили теоретический контраст между воздействием двух факторов на интенсивность выветривания (WI). В стабильных фоновых условиях герцинское горообразование, вероятно, снижало бы глобальную среднюю WI за счёт ускорения темпов физической денудации (эрозии), особенно во время холодных и сухих климатических минимумов LPIA, когда физическая эрозия опережает химическое выветривание.
Напротив, хорошо развитые наземные растительные системы (например, обширные тропические леса) увеличивали бы WI: растения ускоряют химическое выветривание и замедляют денудацию за счёт своего защитного «экранирующего» воздействия на почву и породы.
Это противоположное влияние создаёт возможность разграничить роли факторов, особенно путём сравнения региональных данных о выветривании (формируемых под влиянием палеоклимата и эволюции растений) с данными глобального масштаба.
Южный Китай, изолированный блок вблизи палеоэкватора во время LPIA, предоставил идеальные условия для изучения: он оставался тектонически стабильным, с минимальным воздействием герцинского поднятия и низкой чувствительностью к ледниково-межледниковым циклам. В сочетании с ранее опубликованными данными об изотопах стронция (Sr) и лития (Li) в морской воде геологическое строение региона позволило команде изолировать влияние эволюции растений и палеоклимата на выветривание.
Результаты исследования
Запись CIA в Южном Китае выявила четырёхфазовый паттерн в интенсивности регионального континентального выветривания.
Фаза I (333–316 млн лет назад): увеличение интенсивности выветривания было обусловлено главным образом быстрым распространением палеотропических лесов (вероятно, в сочетании с увеличением количества осадков), а не изменениями атмосферного pCO₂.
Фазы II–IV (316–275 млн лет назад): интенсивность выветривания сильно коррелировала с атмосферным pCO₂, что указывает на то, что климат (а не растения) стал доминирующим фактором.
Интегрируя свои данные с ранее опубликованными записями о соотношении 87Sr/86Sr и δ7Li, команда также установила четырёхэтапную траекторию глобального континентального выветривания в позднем палеозое.
Фаза I: глобальная тенденция интенсивности выветривания была противоположной тенденции в Южном Китае. Это говорит о том, что герцинское орогеническое поднятие привело к увеличению глобальных потоков силикатного выветривания, а расширение тропических лесов внесло вторичный вклад.
Фазы II–III: глобальная и южнокитайская интенсивность выветривания развивались параллельно, связанные динамикой pCO₂: усиление выветривания в фазе I снизило атмосферный уровень pCO₂, вызвав глобальное похолодание.
Фаза IV: коллапс герцинского орогена снизил темпы денудации в палеотропиках, ослабив силикатное выветривание и снизив его эффективность в потреблении CO₂.
Это исследование впервые разграничивает относительный вклад горообразования и эволюции растений в силикатное выветривание во время позднего палеозойского ледникового периода, предоставляя ключевые эмпирические данные для исследований динамики палеоклимата земной системы, отмечают исследователи.
Предоставлено Китайской академией наук.