Η Γη έχει ένα φυσικό σύστημα ελέγχου του κλίματος που φαίνεται να έχει βοηθήσει να διατηρηθεί ο πλανήτης κατοικήσιμος για περισσότερα από 100 εκατομμύρια χρόνια. Οι επιστήμονες γνώριζαν εδώ και πολύ καιρό ότι αυτό το σύστημα υπάρχει, αλλά οι μηχανισμοί πίσω από αυτό παραμένουν δύσκολο να εξηγηθούν.
Νέα έρευνα επισημαίνει μια σχέση μεταξύ της στάθμης της θάλασσας και της διαθεσιμότητας φωσφορικών αλάτων στον ωκεανό, που είχε προηγουμένως παραβλεφθεί. Οι αλλαγές στις παγκόσμιες θερμοκρασίες επηρεάζουν το μέγεθος των πολικών στρωμάτων πάγου, το οποίο με τη σειρά του αλλάζει τη στάθμη της θάλασσας. Αυτές οι αλλαγές στη συνέχεια επηρεάζουν το πόσο φωσφορικά άλατα φτάνει στον ανοιχτό ωκεανό, πόσο άνθρακα είναι θαμμένο στα θαλάσσια ιζήματα και πόσο διοξείδιο του άνθρακα παραμένει στην ατμόσφαιρα.
Μαζί, αυτές οι διαδικασίες βοήθησαν να καθοριστεί εάν η Γη θερμάνθηκε ή ψύχθηκε για μεγάλες χρονικές περιόδους.
Το επίπεδο της θάλασσας και ο κύκλος του άνθρακα της Γης
Η νέα μελέτη συντάχθηκε από τον Junli Lu, καθηγητή των επιστημών της γης και του περιβάλλοντος στο Κολλέγιο Τεχνών και Επιστημών του Πανεπιστημίου των Συρακουσών. Εξετάζει πώς οι αλλαγές στη στάθμη της θάλασσας και τις συνθήκες οξυγόνου των ωκεανών έχουν επηρεάσει τη διαθεσιμότητα φωσφορικών αλάτων και το διοξείδιο του άνθρακα της ατμόσφαιρας τα τελευταία 60 εκατομμύρια χρόνια.
Τα αποτελέσματα δημοσιεύονται Πρακτικά της Εθνικής Ακαδημίας Επιστημών.
«Γνωρίζουμε ότι το ατμοσφαιρικό διοξείδιο του άνθρακα μειώθηκε σημαντικά καθώς η Γη ψύχθηκε τα τελευταία 60 εκατομμύρια χρόνια, αλλά δεν καταλαβαίνουμε πού κατέληξε αυτός ο άνθρακας», δήλωσε ο Ross Rickaby, καθηγητής Γεωεπιστημών στο Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης, σε άρθρο του τμήματος ειδήσεων. «Τα αποτελέσματά μας υποδηλώνουν ότι η ενισχυμένη ταφή οργανικού άνθρακα σε θαλάσσια ιζήματα έπαιξε πολύ πιο σημαντικό ρόλο από ό,τι εκτιμούσε προηγουμένως».
Το φωσφορικό άλας ως κρυφός ρυθμιστής του κλίματος
Στο επίκεντρο της έρευνας βρίσκεται ο φώσφορος, συγκεκριμένα το φωσφορικό, ένα θρεπτικό συστατικό που χρειάζονται οι θαλάσσιοι οργανισμοί για να αναπτυχθούν. Οι ερευνητές περιγράφουν το φωσφορικό άλας ως ένα κομμάτι του παζλ για το κλίμα που «έλλειπε στο παρελθόν».
Όταν η στάθμη της θάλασσας ήταν υψηλή, οι ρηχές υφαλοκρηπίδες κάλυπταν μεγαλύτερη έκταση. Αυτά τα ράφια παγιδεύουν φωσφορικά άλατα στα παράκτια ιζήματα, αφήνοντας λιγότερα από τα θρεπτικά συστατικά διαθέσιμα στον ανοιχτό ωκεανό.
Τα χαμηλά φωσφορικά στο νερό μειώνουν την θαλάσσια παραγωγικότητα. Λιγότεροι οργανισμοί αναπτύσσονται, λιγότερος οργανικός άνθρακας βυθίζεται στον πυθμένα του ωκεανού και λιγότερος άνθρακας θάβεται στα ιζήματα. Τα νερά των ωκεανών γίνονται πιο πλούσια σε οξυγόνο, ενώ το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα.
Το αποτέλεσμα ήταν ένας θερμότερος πλανήτης.
Η πτώση των θαλασσών προκάλεσε μια ανάδραση άνθρακα
Όταν πέφτει η στάθμη της θάλασσας, η διαδικασία αντιστρέφεται.
Καθώς η υφαλοκρηπίδα συρρικνώθηκε, περισσότερο φωσφορικό άλας εισήλθε στο νερό. Αυτό το επιπλέον θρεπτικό συστατικό υποστήριξε την ανάπτυξη της θαλάσσιας ζωής. Όταν οι οργανισμοί πεθαίνουν, τα υπολείμματά τους βυθίζονται και αποσυντίθενται, λαμβάνοντας οξυγόνο στο περιβάλλον νερό.
Με την πάροδο του χρόνου, σχηματίζονται περιοχές με χαμηλό οξυγόνο στον ωκεανό. Όταν αυτές οι περιοχές έφτασαν σε ιζήματα πλούσια σε άνθρακα στην ηπειρωτική υφαλοκρηπίδα, ενεργοποίησαν έναν ισχυρό μηχανισμό ανάδρασης.
Τα ιζήματα με χαμηλό οξυγόνο απελευθερώνουν περισσότερο φωσφορικό άλας. Αυτή η περίσσεια φωσφορικών ενθάρρυνε περαιτέρω θαλάσσια ανάπτυξη, οδηγώντας σε μεγαλύτερη ταφή οργανικού άνθρακα στον πυθμένα του ωκεανού. Το CO2 της ατμόσφαιρας μειώθηκε καθώς απομακρύνθηκε περισσότερος άνθρακας από τους ωκεανούς και την ατμόσφαιρα.
«Ο συν-συγγραφέας μας, ο Christian Bjerram, μελέτησε τη σύνδεση μεταξύ του πυθμένα της θάλασσας, του οξυγόνου των ωκεανών και των φωσφορικών αλάτων με ένα μοντέλο υπολογιστή πριν από δύο δεκαετίες», είπε ο Lu. «Επιτέλους συγκεντρώσαμε τα γεωλογικά αρχεία που απαιτούνται για να ελέγξουμε αυτή την υπόθεση».
Ένα γλυκό σημείο στο επίπεδο της θάλασσας για ταφή άνθρακα
Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι αυτή η απόκριση έφτασε στη μέγιστη ισχύ της όταν η στάθμη της θάλασσας ανέβηκε περίπου 10 έως 40 μέτρα πάνω από το σύγχρονο επίπεδο.
Σε αυτό το «γλυκό σημείο» της στάθμης της θάλασσας, τα νερά με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο καλύπτονται από πλούσια σε οργανικά ιζήματα της υφαλοκρηπίδας. Αυτός ο συνδυασμός επιτρέπει σε ασυνήθιστα μεγάλες ποσότητες άνθρακα να θάβονται για εκατομμύρια χρόνια.
Η ομάδα συνέκρινε αυτό το μοτίβο με γεωλογικά στοιχεία 60 εκατομμυρίων ετών. Τα δεδομένα περιελάμβαναν αρχεία ισοτόπων άνθρακα, μετρήσεις της εναπόθεσης φωσφόρου σε ιζήματα βαθέων υδάτων και μια νέα μέθοδο ιωδίου σε ασβέστιο για την ανακατασκευή των αρχαίων επιπέδων οξυγόνου των ωκεανών.
Αναγνώσεις οξυγόνου των αρχαίων ωκεανών
Το εργαστήριο του Lu πραγματοποίησε μετρήσεις ιωδίου προς ασβέστιο.
Η μέθοδος εξετάζει τη χημεία των αρχαίων τρηματοφόρων, μικροσκοπικών θαλάσσιων οργανισμών των οποίων τα υπολείμματα διατηρούνται σε ιζήματα του πυθμένα της θάλασσας. Η χημική τους σύνθεση επιτρέπει στους επιστήμονες να εκτιμήσουν πόσο οξυγόνο υπήρχε στο νερό όταν ζούσαν.
Τα δείγματα αναλύθηκαν με φασματόμετρο μάζας στο Πανεπιστήμιο των Συρακουσών. Το όργανο χρηματοδοτήθηκε από το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών.
Γιατί ήταν ζεστό το Ηώκαινο;
Η εποχή του Ηώκαινου, η οποία διήρκεσε από περίπου 56 έως 34 εκατομμύρια χρόνια πριν, παρέχει ένα σαφές παράδειγμα του τι συνέβη όταν οι αντιδράσεις ταφής άνθρακα ήταν σε μεγάλο βαθμό ανενεργές.
Την περίοδο εκείνη, η στάθμη της θάλασσας ήταν εξαιρετικά υψηλή και εκτεταμένες υφαλοκρηπίδες πλημμύρισαν. Τα φωσφορικά άλατα παγιδεύονται σε ρηχά ιζήματα, αφήνοντας τον ανοιχτό ωκεανό σχετικά φτωχό σε θρεπτικά συστατικά.
Η θαλάσσια παραγωγικότητα ήταν χαμηλή, οι ωκεανοί οξυγονώθηκαν πολύ και θάφτηκε λιγότερος οργανικός άνθρακας. Καθώς η διαδικασία αντίδρασης τερματίζεται αποτελεσματικά, το διοξείδιο του άνθρακα συσσωρεύεται στην ατμόσφαιρα και η Γη θερμαίνεται.
Ένα κλιματικό σύστημα που έχει γίνει πιο σταθερό
Οι ερευνητές προτείνουν ότι οι περιοχές όπου γίνεται η ταφή άνθρακα έχουν σταδιακά περιοριστεί με τον γεωλογικό χρόνο καθώς τα νερά με χαμηλή περιεκτικότητα σε οξυγόνο έχουν βαθύνει.
Αυτή η μακροπρόθεσμη αλλαγή βοήθησε στη σταθεροποίηση τόσο του ατμοσφαιρικού οξυγόνου όσο και του διοξειδίου του άνθρακα. Οι ταλαντώσεις μεταξύ της ταφής άνθρακα και της αποθήκευσης άνθρακα στην ατμόσφαιρα έχουν γίνει λιγότερο ακραίες, καθιστώντας το κλιματικό σύστημα της Γης πιο ανθεκτικό στις διαταραχές.
Βασικά στοιχεία από τη μελέτη
Το φωσφορικό άλας, ένα απαραίτητο θρεπτικό συστατικό για τη θαλάσσια ζωή, έχει λειτουργήσει ως κρυφός ρυθμιστής του κύκλου του άνθρακα της Γης τα τελευταία 60 εκατομμύρια χρόνια, αν και ο ακριβής ρόλος του δεν είναι πλήρως κατανοητός.
Το πόσο φωσφορικό άλας φτάνει στον ανοιχτό ωκεανό επηρεάζει τη στάθμη της θάλασσας. Ελέγχει την θαλάσσια παραγωγικότητα, την ποσότητα άνθρακα που απομονώνεται στα ιζήματα του πυθμένα της θάλασσας και την ποσότητα διοξειδίου του άνθρακα στην ατμόσφαιρα.
Ένα «γλυκό σημείο» στο επίπεδο της θάλασσας περίπου 10 με 40 μέτρα πάνω από τα σύγχρονα επίπεδα δημιουργεί την ισχυρότερη ταφή άνθρακα. Αυτή η διαδικασία έχει λειτουργήσει ως φυσικό φρένο στην θέρμανση για εκατομμύρια χρόνια και βοήθησε να οδηγήσει τη Γη στο σημερινό ψυχρότερο κλίμα της.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από δύο υποτροφίες του Εθνικού Ιδρύματος Επιστημών από το Πανεπιστήμιο της Οξφόρδης (Riccaby και Thomas Wood) και το Πανεπιστήμιο της Κοπεγχάγης (Christian J.
Τα ευρήματα προστίθενται σε ένα μεγαλύτερο όγκο εργασιών στο εργαστήριο του Lu που χρησιμοποιεί τη μέθοδο ιωδίου προς ασβέστιο για την ανακατασκευή των συνθηκών οξυγόνου στους αρχαίους ωκεανούς.
Μια προηγούμενη μελέτη, που δημοσιεύθηκε τον Ιανουάριο Φύση και ΓεωγραφίαΧρησιμοποιώντας την ίδια τεχνική, δείξτε ότι οι τροπικοί ωκεανοί ήταν πλούσιοι σε οξυγόνο κατά τη διάρκεια του Πρωτοζωικού ιόντος. Αυτό το μοτίβο ήταν ακριβώς το αντίθετο από αυτό που είναι σήμερα. Οι ερευνητές ανακάλυψαν επίσης ότι ένα πλανητικό σημείο καμπής πριν από μερικά εκατομμύρια χρόνια ανέστρεψε την παγκόσμια κατανομή οξυγόνου.
