Высокие пики Южных Анд не только формируют горизонт Южной Америки — они также незаметно влияют на атмосферу Земли.
Новое исследование, опубликованное в журнале Earth and Planetary Science Letters, показало, что естественное разрушение горных пород в этом горном массиве ежегодно удаляет из атмосферы около 1% углекислого газа (CO₂).
Анализ рек и горячих источников, дренирующих регион, позволил учёным обнаружить, что химические реакции между водой и горными породами потребляют больше CO₂, что указывает на гораздо большую глобальную роль гор в регулировании климата планеты.
Химическое выветривание
Химическое выветривание — это процесс, лежащий в основе данного исследования. Оно происходит всякий раз, когда дождевая или талая вода взаимодействует с горными породами. Когда вода просачивается через почву или обнажённые камни, она использует CO₂ из воздуха для образования слабой кислоты, которая медленно растворяет минералы.
Эта реакция потребляет CO₂ и высвобождает растворённые формы углерода (в основном бикарбонат-ионы), которые реки переносят в океаны. Там углерод может со временем превратиться в отложения, такие как известняк, эффективно удаляя его из атмосферы на миллионы лет.
Это один из естественных долгосрочных поглотителей углерода на Земле, работающий тихо, но стабильно на фоне климатической системы планеты.
Исследование
Исследовательница Аманда Пенья-Эчеверрия из Чилийского университета и её коллеги изучили, как этот процесс протекает в одном из самых динамичных горных регионов Земли — Андах.
Анды простираются вдоль западного края Южной Америки и являются одновременно тектонически активными и богатыми вулканами, постоянно обнажая свежие породы в атмосфере. Команда собрала образцы из рек и геотермальных источников по всей территории Южных Анд и измерила их химический и изотопный состав.
Анализируя смесь растворённых элементов, они смогли определить, какие минералы разрушаются, где происходят реакции и сколько атмосферного CO₂ потребляется в процессе.
Исследователи подсчитали, что общий объём углерода, экспортируемого этими реками, эквивалентен примерно 0,0013 петаграммам углерода ежегодно. Это составляет до 1% от объёма углерода, выбрасываемого в мире в результате силикатного выветривания на континентах, и 0,1% от общей площади поверхности силикатных пород в мире.
Высокая эффективность поглощения углерода усиливается гидротермальными системами региона. Горячая вода, циркулирующая через вулканические породы, может увеличить силикатную нагрузку рек водосбора на 81%, показывая, что темпы экспорта силикатного выветривания составляют от 30 до 400 тонн на квадратный километр ежегодно в исследованных водосборах.
Хотя 1%-е поглощение глобального атмосферного CO₂ в Южных Андах может показаться незначительным, оно представляет собой значительный углеродный поток для одного горного хребта. Если аналогичные темпы происходят в других активных горных поясах и вулканических дугах, таких как Гималаи и Тихоокеанское огненное кольцо, то общий глобальный эффект выветривания на атмосферный CO₂ может быть намного больше, чем учёные предполагали ранее.
Влияние на климат
Исследование также подчёркивает, насколько динамичным может быть углеродный цикл в геологических масштабах времени. Химическое выветривание действует как планетарный термостат: когда уровень атмосферного CO₂ повышается, глобальные температуры увеличиваются, ускоряя выветривание и поглощая больше CO₂ до восстановления баланса.
И наоборот, если уровень CO₂ упадёт слишком низко, более прохладные условия замедлят реакции, позволяя CO₂ накапливаться снова. Этот естественный механизм обратной связи помогал поддерживать пригодность Земли для жизни на протяжении сотен миллионов лет, даже когда извержения вулканов и сдвиги континентов кардинально меняли поверхность планеты.
В будущем результаты исследования поднимают новые вопросы о том, как изменение климата может повлиять на эти процессы. Повышение температуры может изменить характер осадков, таяние ледников и речной сток, что влияет на скорость выветривания. В некоторых районах увеличение стока может усилить удаление CO₂; в других более сухие условия могут замедлить его. Человеческая деятельность также может изменить химию и гидрологию горных ландшафтов, потенциально изменив эффективность их поглощения углерода.
Хотя леса и океаны часто считаются основными естественными поглотителями углерода на планете, это исследование показывает, что твёрдая Земля также играет измеримую роль в регулировании атмосферы.
Выветривание Южных Анд активно удаляет углекислый газ посредством хорошо изученных химических реакций, внося количественный вклад в глобальный углеродный цикл. Каждое событие дождя и речная система в регионе вносят свой вклад в долгосрочное удаление CO₂, демонстрируя, что горные среды могут играть значительную роль в поддержании атмосферного баланса.