30 نوامبر 2023 – توسط جنیفر چو، موسسه فناوری ماساچوست-اعتبار: دامنه عمومی Pixabay/CC0
زمین‌شناسان MIT دریافته‌اند که یک ماده معدنی رسی در کف دریا به نام اسمکتیت، توانایی شگفت‌آوری قدرتمندی در جداسازی کربن در طی میلیون‌ها سال دارد.زیر میکروسکوپ، یک دانه خاک رس شبیه چین های آکاردئون است. این چین ها به عنوان تله های موثر برای کربن آلی شناخته شده اند.
اکنون، تیم MIT نشان داده است که خاک‌های به دام انداختن کربن محصول تکتونیک صفحه‌ای هستند: وقتی پوسته اقیانوسی با یک صفحه قاره‌ای برخورد می‌کند، می‌تواند سنگ‌هایی را به سطح بیاورد که به مرور زمان به مواد معدنی از جمله اسمکتیت تبدیل می‌شوند. در نهایت، رسوبات رسی در اقیانوس مستقر می شوند، جایی که مواد معدنی تکه هایی از موجودات مرده را در چین های میکروسکوپی خود به دام می اندازند. این امر باعث می شود که کربن آلی توسط میکروب ها مصرف نشود و به عنوان دی اکسید کربن به اتمسفر بازگردانده شود.
در طی میلیون‌ها سال، اسمکتیت می‌تواند اثری جهانی داشته باشد و به خنک کردن کل سیاره کمک کند. از طریق یک سری تجزیه و تحلیل، محققان نشان دادند که اسمکتیت احتمالاً پس از چندین رویداد بزرگ زمین ساختی در طول 500 میلیون سال گذشته تولید شده است. در طول هر رویداد تکتونیکی، رس ها کربن کافی برای خنک کردن زمین و القای عصر یخبندان بعدی را به دام می انداختند.
این یافته‌ها اولین یافته‌ها هستند که نشان می‌دهند تکتونیک صفحه‌ای می‌تواند از طریق تولید اسمکتیت به دام انداختن کربن، عصر یخبندان را آغاز کند.امروزه این رس ها را می توان در مناطق خاصی از نظر تکتونیکی فعال یافت و دانشمندان بر این باورند که اسمکتیت به جذب کربن ادامه می دهد و یک حائل طبیعی، هرچند کند، در برابر فعالیت های گرمایش آب و هوای انسان ایجاد می کند.
جاشوا موری، دانشجوی فارغ التحصیل در دپارتمان زمین، جو و علوم سیاره ای MIT می گوید: «تأثیر این کانی های رسی بی ادعا، پیامدهای گسترده ای بر قابلیت سکونت سیارات دارد. حتی ممکن است یک کاربرد مدرن برای این خاک رس ها در جبران بخشی از کربنی که بشر در جو قرار داده است وجود داشته باشد.
موری و الیور جاگوتز، استاد زمین‌شناسی در MIT، یافته‌های خود را در Nature Geoscience منتشر کرده‌اند.
مطالعه جدید کار قبلی این تیم را دنبال می‌کند، که نشان می‌دهد هر یک از عصرهای یخبندان اصلی زمین احتمالاً توسط یک رویداد زمین ساختی در مناطق استوایی ایجاد شده است. محققان دریافتند که هر یک از این رویدادهای زمین ساختی، سنگ های اقیانوسی به نام افیولیت ها را در معرض جو قرار می دهد.
آنها این ایده را مطرح کردند که وقتی یک برخورد تکتونیکی در یک منطقه گرمسیری رخ می دهد، افیولیت ها می توانند تحت تأثیرات هوازدگی خاصی قرار بگیرند، مانند قرار گرفتن در معرض باد، باران و فعل و انفعالات شیمیایی که سنگ ها را به کانی های مختلف از جمله رس تبدیل می کند.
موری توضیح می‌دهد: «آن کانی‌های رسی، بسته به انواعی که ایجاد می‌کنید، به طرق مختلف بر آب و هوا تأثیر می‌گذارند.در آن زمان، مشخص نبود کدام مواد معدنی می توانند از این اثر هوازدگی بیرون بیایند، و اینکه آیا و چگونه این مواد معدنی می توانند به طور مستقیم در خنک شدن سیاره کمک کنند. بنابراین، در حالی که به نظر می‌رسید ارتباطی بین تکتونیک صفحه و عصر یخبندان وجود دارد، مکانیسم دقیقی که یکی از آنها می‌تواند دیگری را تحریک کند هنوز مورد سوال بود.
با مطالعه جدید، این تیم به دنبال این بود که ببیند آیا فرآیند هوازدگی استوایی تکتونیکی پیشنهادی آنها می‌تواند مواد معدنی به دام‌اندازی کربن را تولید کند و در مقادیری که برای آغاز عصر یخبندان جهانی کافی باشد یا خیر.
این تیم ابتدا ادبیات زمین شناسی را بررسی کردند و داده هایی را در مورد روش هایی که کانی های اصلی ماگمایی در طول زمان هوا می کنند و انواع کانی های رسی که این هوازدگی می تواند تولید کند جمع آوری کرد. آنها سپس این اندازه‌گیری‌ها را در شبیه‌سازی هوازدگی انواع سنگ‌های مختلف که در برخوردهای تکتونیکی در معرض قرار می‌گیرند، انجام دادند.
Jagoutz می‌گوید: «سپس به این می‌پردازیم که وقتی این نوع سنگ‌ها در اثر هوا و تأثیر محیط گرمسیری تجزیه می‌شوند، چه اتفاقی می‌افتد و در نتیجه چه مواد معدنی تشکیل می‌شوند.»
سپس، آنها هر ماده معدنی فرسوده را به شبیه‌سازی چرخه کربن زمین متصل کردند تا ببینند یک ماده معدنی چه تأثیری می‌تواند داشته باشد، چه در برهمکنش با کربن آلی، مانند تکه‌های موجودات مرده، یا با کربن غیرآلی. به شکل دی اکسید کربن موجود در جو.
از این تجزیه و تحلیل ها، یک ماده معدنی حضور و تأثیر واضحی داشت: اسمکتیت. خاک رس نه تنها یک محصول طبیعی هوازدگی زمین ساخت استوایی بود، بلکه در به دام انداختن کربن آلی نیز بسیار مؤثر بود. در تئوری، اسمکتیت مانند یک ارتباط محکم بین تکتونیک و عصر یخبندان به نظر می رسید.
اما آیا به اندازه کافی خاک رس وجود داشت تا چهار عصر یخبندان قبلی را آغاز کند؟ در حالت ایده‌آل، محققان باید این موضوع را با یافتن اسمکتیت در لایه‌های سنگی باستانی تأیید کنند که قدمت آن به هر دوره خنک‌کننده جهانی بازمی‌گردد.
موری می‌گوید: «متاسفانه از آنجایی که رس‌ها توسط رسوبات دیگر مدفون می‌شوند، کمی پخته می‌شوند، بنابراین نمی‌توانیم آنها را مستقیماً اندازه‌گیری کنیم». اما ما می توانیم به دنبال اثر انگشت آنها بگردیم.
این تیم استدلال کرد که اسمکتیت ها یک محصول هستند.این سنگ‌های اقیانوسی دارای عناصری مانند نیکل و کروم هستند که در رسوبات باستانی حفظ می‌شوند. اگر اسمکتیت در گذشته وجود داشت، نیکل و کروم نیز باید وجود داشته باشند.
برای آزمایش این ایده، این تیم از طریق پایگاه داده حاوی هزاران سنگ رسوبی اقیانوسی که در 500 میلیون سال گذشته ته نشین شده بودند را بررسی کردند. در این دوره زمانی، زمین چهار عصر یخبندان جداگانه را تجربه کرد. با نگاهی به سنگ‌های اطراف هر یک از این دوره‌ها، محققان میخ‌های بزرگی از نیکل و کروم را مشاهده کردند و از آن نتیجه گرفتند که اسمکتیت نیز وجود داشته است.
بر اساس تخمین آنها، کانی رسی می توانست حفظ کربن آلی را کمتر از یک دهم درصد افزایش دهد. به صورت مطلق، این مقدار ناچیز است. اما در طی میلیون‌ها سال، آنها محاسبه کردند که کربن انباشته شده و جدا شده در خاک رس برای شروع هر یک از چهار عصر اصلی یخبندان کافی است.
Jagoutz می‌گوید: «ما متوجه شدیم که واقعاً به مقدار زیادی از این مواد برای تأثیر بسیار زیاد بر آب و هوا نیاز نیست.
موری می‌افزاید: «این خاک‌ها احتمالاً در 3 تا 5 میلیون سال گذشته، قبل از اینکه انسان‌ها درگیر آن شوند، بخشی از خنک‌شدن زمین را به همراه داشته‌اند». “در غیاب انسان، این خاک رس ها احتمالاً تغییراتی در آب و هوا ایجاد می کنند. این روند بسیار کندی است.”
لی کومپ، استاد علوم زمین در دانشگاه ایالتی پن که در این مطالعه دخالتی نداشت، می‌گوید: «کار جاگوتز و موری نشان می‌دهد که چقدر مهم است که همه اجزای زیستی و فیزیکی چرخه کربن جهانی را در نظر بگیریم. بازخوردها در میان همه این اجزا، غلظت گازهای گلخانه‌ای اتمسفر را در تمام مقیاس‌های زمانی کنترل می‌کنند، از افزایش و کاهش سالانه سطح دی‌اکسید کربن اتمسفر تا نوسانات از یخ‌خانه‌ای به گلخانه‌ای در طول میلیون‌ها سال.
آیا می توان از اسمکتیت ها عمدا برای کاهش بیشتر انتشار کربن در جهان استفاده کرد؟ موری پتانسیل هایی را می بیند، به عنوان مثال برای تقویت مخازن کربن مانند مناطق منجمد دائمی. پیش‌بینی می‌شود که گرم شدن دما باعث ذوب شدن یخ‌های دائمی و افشای کربن آلی مدت‌ها مدفون شود. اگر می‌توان اسمکتیت‌ها را در این مناطق اعمال کرد، رس‌ها می‌توانند از خروج این کربن در معرض به داخل و گرم شدن بیشتر جو جلوگیری کنند.
Jagoutz می گوید: «اگر می خواهید بفهمید طبیعت چگونه کار می کند، باید آن را در مقیاس معدنی و دانه درک کنید. و این نیز راهی برای یافتن راه‌حل‌هایی برای این فاجعه اقلیمی است. اگر این فرآیندهای طبیعی را مطالعه کنید، احتمال زیادی وجود دارد که به چیزی برخورد کنید که واقعاً مفید باشد.»
