Ученые интересуются темпами этих химических процессов выветривания, потому что они имеют большое значение для углеродного цикла планеты, который перемещает углекислый газ между сушей, морем и воздухом и влияет на глобальные температуры.Новое исследование, опубликованное 8 июня в журнале Nature Geoscience группой ученых из Стэнфорда и Немецкого исследовательского центра геонаук GFZ, показывает, что, вопреки ожиданиям, темпы выветривания за последние 2 миллиона лет, похоже, не менялись. значительно между ледниковым и межледниковым периодами.Ученые ожидают, что темпы выветривания замедлятся во время ледниковых периодов Земли, потому что температуры были ниже, и, как следствие, большая часть воды, которая может выпасть в результате дождя, оказывается в ловушке льда в ледниках, покрывающих Европу и Северную Америку.
«Если вы посмотрите, как эти атрибуты скорости выветривания климатического контроля сегодня, вы можете ожидать, что скорость выветривания и седиментации может широко варьироваться от ледникового до межледникового периода», — сказал автор исследования Фридхельм фон Бланкенбург, геохимик из Немецкого исследовательского центра геофизических исследований GFZ. Потсдам.
Например, горный хребет Сьерра-Невада в Северной Америке испещрен U-образными долинами, которые были вырезаны ледяными щитами во время их неустанного марша на юг в ледниковые времена. Когда температура повысилась, ледяные щиты отступили, обнажив измельченные камни в кратере, которые можно было легко выветривать и переносить в море реками и ручьями.
Ученые знают, что даже в регионах, не покрытых ледниками, количество осадков менялось между ледниковыми и межледниковыми периодами. Исследования высохших озер, которые когда-то были усеяны на западе США, и конусовидных отложений отложений, называемых аллювиальными веерами, из древних рек показывают, что поток воды сильно варьировался, поскольку температура и режим осадков увеличивались и уменьшались между ледниковыми периодами и более теплыми периодами, которые последовали за ними.Но все эти свидетельства свидетельствовали только о местных вариациях скорости выветривания и седиментации. «Если вы хотите узнать глобальную скорость выветривания, — сказал фон Бланкенбург, — вам нужно отправиться в океаны, где усредняются скорости местных изменений».
Фон Бланкенбург и его коллега Жюльен Бушез, научный сотрудник Глобального института физики в Париже, обратились к геохимическому методу, который сравнивает концентрацию двух форм или изотопов элемента бериллия (Be). 9Be в природе встречается в силикатных породах на Земле; 10Be — это радиоактивный космогенный изотоп, образующийся при столкновении космических лучей с молекулами азота и кислорода в атмосфере.«Поскольку 10Be льется на континенты и океаны Земли с более или менее постоянной скоростью, это похоже на часы, которые можно использовать для измерения времени», — сказал фон Бланкенбург. «С другой стороны, 9Be можно использовать для расчета количества растворенных пород, вымытых реками в океаны».
Определив отношение 10Be к 9Be в слоях морских отложений, фон Бланкенбург смог восстановить поток выветривания почти для всего четвертичного периода, охватывающего 2,6 миллиона лет. К своему удивлению, он обнаружил, что между ледниковым и межледниковым периодами мало изменений.Чтобы понять, почему, фон Бланкенбург объединился с исследователями из Стэнфорда Кейт Махер, доцентом геологических наук, и аспирантом Даниэлем Ибаррой, которые специализируются на использовании компьютерных моделей, чтобы понять, как поток воды контролирует выветривание. Махер и Ибарра собрали данные о стоках из реки в океан на основе ансамбля климатических моделей и рассчитали средний расход из рек на разных широтах в ледниковые и межледниковые периоды.
Ученые из Стэнфорда пришли к тому же выводу, что и фон Бланкенбург и Бушез, используя свои наблюдения за соотношением бериллия. «Наши результаты показали, что в глобальном масштабе совокупное изменение стока из всех рек было фактически нулевым между ледниковым и межледниковым периодом. Это было удивительно», — сказал Махер.
Модели предложили вероятное объяснение этому: они показали, что, хотя изменение расхода воды для рек в более высоких широтах в северном полушарии может сильно варьироваться между ледниковым и межледниковым периодом, поток для рек в тропиках, который оставался умеренным даже во время льда. возраст — не изменился более чем на несколько процентов.«На тропики приходится более половины речного стока в мире, поэтому они сильно сдерживают потоки химического выветривания во время глобальных изменений климата», — сказал Ибарра. «Поскольку выветривание помогает сбалансировать глобальный углеродный цикл, это означает, что выветривание в тропиках является основной движущей силой уровней CO2 в атмосфере в очень долгих временных масштабах».