Углеродно-кремниевый цикл – ключевой регулятор климата
Углеродно-кремниевый цикл поддерживал стабильность климата Земли в течение длительных периодов времени, несмотря на значительные колебания яркости Солнца, концентрации кислорода в атмосфере и состава земной коры. Такой стабильный климат создал условия для долгосрочной колонизации Земли жизнью и позволил первоначально простым, а затем и сложным формам жизни развиваться в течение миллиардов лет. Цикл углерод-кремний способствует этому, регулируя уровень углекислого газа в атмосфере.
Силикатная порода превращается в карбонатную породу в результате выветривания и седиментации, а карбонатная порода превращается обратно в силикатную породу, среди прочего, вулканизмом. Когда силикатная порода превращается в карбонатную породу, диоксид углерода удаляется из атмосферы, в то время как обратный процесс снова выделяет диоксид углерода. «Мы считаем, что это основной механизм, с помощью которого климат Земли стабилизируется в долгосрочной перспективе», – пояснил Погге фон Страндманн.
Чтобы проследить долгосрочные циклы углерод-кремний назад во времени и лучше понять точные взаимосвязи, управляющие климатом Земли, исследовательская группа изучила соотношение изотопов лития в морских карбонатах. Литий присутствует только в силикатных породах и их силикатно-карбонатных продуктах выветривания.
Исследовательская группа проанализировала более 600 образцов, отложенных в виде отложений на мелководных первобытных морских водах и полученных из более чем 100 различных пластов горных пород со всего мира, в том числе из Канады, Африки и Китая. «Мы использовали эти образцы для создания новой базы данных, охватывающей последние три миллиарда лет», – отметил Погге фон Страндманн.
Эти данные показывают, что соотношение изотопов лития-7 и лития-6 в океанах было низким с трех миллиардов лет назад до 400 миллионов лет назад, а затем внезапно увеличилось. Именно в это время появились наземные растения, в то время как морские животные со скелетом из кремния, такие как губки и радиолярии, распространились по океанам. «Оба сыграли свою роль, но пока мы не знаем точно, как связаны эти процессы», – добавил профессор Филип Погге фон Страндманн.
Перемещение "глиняных фабрик" на сушу влияет на углеродно-кремниевый цикл
Результаты исследований показывают, что в прошлом Земли происходило резкое изменение степени образования глины, вторичной силикатной породы, состоящей из очень мелких частиц – возможно, из-за увеличения образования глины на суше и уменьшения уровня Мирового океана. Образование глины является важным компонентом углеродно-кремниевого цикла и влияет на соотношение изотопов лития. На суше это вызвано обширным выветриванием силикатных пород, но в океанах задействован ряд различных процессов. Считается, что усиление образования континентальной глины привело к снижению уровня углекислого газа в атмосфере.
Напротив, образование океанической глины, известное как «обратное выветривание», выделяет CO2, поэтому его уменьшение аналогичным образом приведет к снижению уровня углекислого газа в атмосфере.
По мнению авторов статьи в Nature, это предполагает, что способ регулирования климата на Земле, а также первичное место, где этот процесс происходит, резко изменились со временем: «Переход от докембрийского состояния Земли к современному состоянию, вероятно, может быть связано с крупными биологическими инновациями – излучением губок, радиолярий, диатомовых водорослей и наземных растений."Результат этой модификации регулирования климата стал очевиден с тех пор в форме частого чередования холодных ледниковых периодов, с одной стороны, и более теплых периодов, с другой.
Однако эта климатическая нестабильность, в свою очередь, способствует ускорению эволюции.