Oude koolstof in rotsen geeft evenveel koolstofdioxide vrij als vulkanen in de wereld

Een nieuwe studie van de Universiteit van Oxford heeft de opvatting onderuit gehaald dat de natuurlijke verwering van gesteenten fungeert als opslagplaats voor kooldioxide. In plaats daarvan wordt gesuggereerd dat dit ook kan fungeren als een belangrijke bron van kooldioxide, vergelijkbaar met vulkanen. De resultaten, vandaag gepubliceerd in het tijdschrift Nature, hebben belangrijke implicaties voor het modelleren van scenario’s voor klimaatverandering.

Gesteenten bevatten enorme hoeveelheden koolstof in de oude overblijfselen van planten en dieren die miljoenen jaren geleden leefden. Dit betekent dat de ‘geologische koolstofcyclus’ fungeert als een thermostaat die helpt bij het reguleren van de temperatuur op aarde. Tijdens chemische verwering kunnen rotsen bijvoorbeeld kooldioxide absorberen wanneer bepaalde mineralen worden aangevallen door het zwakke zuur dat in regenwater wordt aangetroffen. Dit proces helpt de constante kooldioxide tegen te gaan die vrijkomt door vulkanen over de hele wereld, en maakt deel uit van de natuurlijke koolstofcyclus van de aarde die ertoe heeft bijgedragen dat het oppervlak een miljard jaar of langer bewoonbaar is gebleven.

Voor het eerst heeft dit nieuwe onderzoek echter een bijkomend natuurlijk proces gemeten waarbij koolstofdioxide uit rotsen in de atmosfeer vrijkomt, waarbij werd vastgesteld dat dit net zo belangrijk is als de koolstofdioxide die wordt uitgestoten door vulkanen over de hele wereld. Momenteel is dit proces niet opgenomen in de meeste modellen van de natuurlijke koolstofcyclus.

Dit proces vindt plaats wanneer rotsen die zich op de bodem van een oude zee hebben gevormd (waar planten en dieren in sedimenten werden begraven) naar het aardoppervlak worden geduwd, bijvoorbeeld wanneer zich bergen zoals de Himalaya of de Andes vormen. Hierdoor wordt de organische koolstof in gesteenten blootgesteld aan zuurstof in de lucht en het water, die kan reageren en koolstofdioxide vrijkomt. Dit betekent dat verweerde rotsen een bron van koolstofdioxide zouden kunnen zijn, in plaats van de algemeen aangenomen bron.

Tot nu toe is het meten van de CO2-uitstoot uit organische koolstof in gesteenten lastig gebleken. In de nieuwe studie gebruikten de onderzoekers een sporenelement (rhenium) dat vrijkomt in water wanneer organische koolstof in de rotsen reageert met zuurstof. Door rivierwater te bemonsteren om het reniumgehalte te meten, wordt het mogelijk kooldioxide te kwantificeren. Het bemonsteren van alle rivierwateren ter wereld om een ​​globale schatting te verkrijgen zou echter een grote uitdaging zijn.

Om het aardoppervlak te verhogen, deden onderzoekers twee dingen. Eerst bepaalden ze de hoeveelheid organische koolstof die aanwezig was in gesteenten dichtbij het oppervlak. Ten tweede hebben ze geprobeerd te identificeren waar deze elementen het snelst worden blootgesteld, door erosie op steile, bergachtige locaties.

Dr. Jesse Zondervan, de onderzoeker die het onderzoek leidde aan de afdeling Aardwetenschappen van de Universiteit van Oxford, zei: “De uitdaging was hoe deze wereldkaarten te combineren met riviergegevens, terwijl we rekening hielden met onzekerheden. We hebben al onze gegevens in een supercomputer in Oxford, om de complexe interactie tussen fysische, chemische en hydrologische processen te simuleren. Door deze enorme planetaire puzzels in elkaar te zetten, kunnen we eindelijk de totale hoeveelheid koolstofdioxide schatten die werd uitgestoten toen deze rotsen ronddwaalden en hun oude koolstof in de lucht spuwden.

Dit kan vervolgens worden vergeleken met de hoeveelheid kooldioxide die kan worden onttrokken door natuurlijke gesteenteverwering van silicaatmineralen. De resultaten identificeerden verschillende grote gebieden waar verwering een bron van kooldioxide was, wat de huidige kijk op de manier waarop verwering de koolstofcyclus beïnvloedt, uitdaagt. Hotspots voor de uitstoot van kooldioxide waren geconcentreerd in bergketens met hoge hoogten die sedimentair gesteente blootleggen, zoals de oostelijke Himalaya, de Rocky Mountains en de Andes. De wereldwijde uitstoot van kooldioxide door organische koolstofverwering in gesteenten bleek 68 megaton koolstof per jaar te bedragen.

Dit is ongeveer 100 keer minder dan de huidige menselijke CO2-uitstoot door het verbranden van fossiele brandstoffen, maar is “vergelijkbaar met de hoeveelheid kooldioxide”. Het wordt uitgestoten door vulkanen over de hele wereld, wat betekent dat het een belangrijke speler is in de natuurlijke koolstofcyclus van de aarde. “

Deze stromen kunnen tijdens het verleden van de aarde veranderd zijn. Tijdens periodes van bergbouw die aanleiding gaven tot veel gesteenten die organische materialen bevatten, kan de uitstoot van kooldioxide bijvoorbeeld hoger zijn geweest, wat in het verleden het mondiale klimaat beïnvloedde.

Lopend en toekomstig werk onderzoekt hoe veranderingen in erosie als gevolg van menselijke activiteiten, in combinatie met de opwarming van rotsen als gevolg van antropogene klimaatveranderingen, het natuurlijke koolstoflek kunnen vergroten. De vraag die het team nu stelt is of de natuurlijke uitstoot van kooldioxide de komende eeuw zal toenemen. “Op dit moment weten we dat niet. Dankzij onze methoden kunnen we een robuuste mondiale schatting geven, maar we kunnen nog niet inschatten hoe deze zou kunnen veranderen”, zegt Hilton.

“Hoewel de CO2-uitstoot door verwering van gesteenten klein is vergeleken met de huidige menselijke uitstoot, zal een beter begrip van deze natuurlijke fluxen ons helpen ons koolstofbudget beter te voorspellen,” concludeerde Dr. Zondervan.

Opmerkingen voor de redactie:

Mediacontact – Professor Robert Hilton, [email protected]

De studie “Rock organische koolstofoxidatie-afgifte van CO2 compenseert een siliciclastische verweringsput” zal worden gepubliceerd in Nature om 16:00 GMT/11:00 ET op woensdag 4 oktober 2023 om https://doi.org/10.1038/s41586-023-06581-9

Astrobiologie