По их словам, ключевым спусковым механизмом является горообразование в тропиках, когда континентальные массивы суши сталкиваются с вулканическими островными дугами, такими как цепь Алеутских островов на Аляске.
Климат Земли в значительной степени определяется количеством углекислого газа в атмосфере, который удерживает тепло и согревает планету. В то время как сжигание ископаемого топлива после промышленной революции привело к тому, что уровни CO2 достигли высот, невиданных за 3 миллиона лет, уровни CO2 были еще выше в прошлом Земли, совпадая с теплыми периодами, когда не существовало крупных ледяных щитов.
На самом деле климат по умолчанию на Земле кажется теплым и приятным. Периоды без ледников преобладали в течение трех четвертей последнего миллиарда лет.
Тем не менее, полдюжины ледниковых периодов охладили Землю за это время, два из которых были достаточно суровыми, чтобы превратить планету в Землю-снежок с льдом, покрывающим большую часть поверхности. Что вызвало эти холодные перерывы?
В исследовании, опубликованном в выпуске журнала Science на этой неделе, команда заключает, что когда вулканические дуги сталкиваются с континентами в тропиках – неизбежное следствие постоянно движущихся тектонических плит планеты – они вызывают глобальное похолодание, что приводит к ледниковому климату. с обширными ледяными шапками.
Такое столкновение происходит сейчас, когда части Индонезийского архипелага выталкиваются вверх в горы на северной окраине Австралии. В результате возникают горы, содержащие породы, известные как офиолиты, которые обладают высокой способностью удалять углерод из атмосферы.
В течение геологических периодов времени существует баланс между CO2, выделяемым вулканами, и CO2, потребляемым в результате химических реакций с горными породами. Камни с высоким содержанием кальция и магния, такие как офиолиты, наиболее эффективно потребляют CO2. Когда эти элементы высвобождаются из горных пород, они соединяются с СО2 и попадают в океан, где образуют известняк, запирая СО2 в горных породах, где он остается в течение миллионов лет.
«На Земле существует давняя программа связывания углерода», – сказал Николас Свонсон-Хизелл из Калифорнийского университета в Беркли, доцент кафедры науки о Земле и планетах, который разработал исследование вместе с Фрэнсисом Макдональдом, профессором факультета наук о Земле Калифорнийского университета в Санта-Барбаре. «Мы знаем, что эти процессы поддерживают баланс климата Земли, но определение того, что вызывает сдвиги между неледниковым и ледниковым климатом в масштабе времени в миллион лет, является давней загадкой."
К сожалению для будущего Земли, геологические процессы, которые потребляют СО2, протекают медленно и не могут противостоять огромным выбросам СО2 в результате сжигания нефти, угля и природного газа. По словам Суонсон-Хизелл, через тысячелетия программа естественного связывания углерода на Земле восстановит баланс, но это будет долгое ожидание для современной цивилизации, которая добилась такого успеха в нынешнем, более прохладном климате Земли.
Аппалачи сильно заморозили
В 2017 году Суонсон-Хизелл и Макдональд предположили, что крупный ледниковый период 445 миллионов лет назад был вызван столкновением, аналогичным тому, которое происходит сегодня в Индонезии. Это столкновение произошло во время первой фазы горообразования в Аппалачах, когда современная восточная часть U.S. был расположен в тропиках. В теплых и влажных тропиках реакции выветривания, которые в конечном итоге улавливают углерод, даже более эффективны, что привело к уменьшению выбросов CO2 в атмосфере и более прохладной планете на миллионы лет.
Работа исследователей UC основана на аналогичном предположении Макдональда и Оливера Ягуца из Массачусетского технологического института о том, что такие процессы важны для охлаждения в течение последних 90 миллионов лет.
Новое исследование усиливает связь между такими тропическими столкновениями и глобальным климатом и было проведено Суонсоном-Хизеллом, Макдональдом и Ягуцем вместе с аспирантом Калифорнийского университета в Беркли Юэмом Парк и Лоррейн Лизецки из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
В текущем исследовании команда Беркли / Санта-Барбары / Массачусетского технологического института использовала современные модели палеогеографии Земли, чтобы реконструировать положение таких событий горообразования за последние полмиллиарда лет. Они обнаружили, что всем трем основным ледниковым периодам в это время предшествовали столкновения вулканической дуги с континентами в тропиках, и что никакие столкновения за пределами тропиков не вызвали ледниковый период.
«Хотя мы думали, что этот процесс важен, связь между такой средой в тропиках и ледниковым климатом была более ясной, чем мы ожидали», – сказал Суонсон-Хизелл.
Теория команды также объясняет, почему ледниковые периоды подходят к концу. Когда такие столкновения прекращаются и обнажается меньше горных пород, или когда камни дрейфуют из пояса тропических дождей, связывание углерода становится менее эффективным, уровни CO2 повышаются, поскольку вулканическое выделение газа продолжается, и Земля снова нагревается, превращаясь в неледниковый климат.
Swanson-Hysell представит результаты группы в пятницу, 12 апреля, на ежегодном собрании Европейского союза геонаук в Вене, Австрия.