7 Minutės
Nauji giluminiai gręžiniai Pietų Atlante atskleidė, kad sudužusios lavos sankaupos vandenyno dugne sulaiko gerokai daugiau anglies dioksido nei mokslininkai tikėjosi. Šios porėtos uolienos — vadinamos lavos breksija — veikia kaip natūralios anglies kempinės, kai jūros vanduo prasiskverbia per jas ir vyksta mineralizacija.
Kaip uolienų griuvėsiai vandenyno dugne tampa ilgalaike anglies saugykla
Įsivaizduokite ugnikalnio šlaitais lėtai nuslystančias vulkanines uolienų krūvas. Per milijonus metų šie fragmentai — breksija — yra pernešami ir užklojami jūros dugne. Kai jūros vanduo perlašina porėtą krūvą, jis reaguoja su vulkanine uola ir sukelia chemines reakcijas, kurios fiksuoja CO2 į kietas mineralines formas, ypač kalcio karbonatus.
Tyrėjai iš Southampton universiteto analizavo apie šešiasdešimt milijonų metų amžiaus gręžinių cilindrus, iškeltus iš gilumos po Pietų Atlantu, kad įvertintų, kiek anglies šis procesas surenka. Medžiaga buvo paimta per Tarptautinio vandenynų tyrimų programos (IODP) 390 ekspediciją, įskaitant mėginius iš U1557 stoties, surinktus moksliniame laive Joides Resolution.
Dr. Rosalind Coggon tiria viršutinės vandenyno plutonos lavos cilindrus, iškeltus IODP 390 ekspedicijos metu. Credit: Alyssa Stephens, IODP JRSO
Ką atskleidė gręžiniai — ir kodėl tai nustebino mokslininkus
Mineraloginė analizė ir geocheminiai matavimai rodo, kad šiose breksijos sankaupose yra nuo dviejų iki keturiasdešimties kartų daugiau CO2 nei anksčiau imtuose, vientisuose lavos srautuose. Priežastis paprasta: breksija yra tiek porėta, tiek laidžią. Jos poros leidžia jūros vandeniui cirkuliuoti milijonus metų, todėl karbonatų mineralai gali iškritti ir efektyviai sucementuoti griuvėsius, tuo pačiu sulaikant ištirpusį neorganinį anglies junginį.
Dr. Rosalind Coggon, pirmoji autorė ir Royal Society tyrėja Southampton universitete, paaiškino: „Mes atkūrėme pirmuosius šios medžiagos cilindrus po to, kai ji dešimtis milijonų metų buvo plukdoma per vandenyno dugną. Šios porėtos ir laidžios sankaupos turi gebėjimą saugoti didelius kiekis jūros vandens CO2, nes jas palaipsniui cementuoja kalcio karbonatų mineralai.“
Papildomai analizės rodo, kad carbonate mineralizacija breksijoje dažnai vyksta per skirtingus laikotarpius ir keliomis fazėmis: prasidėjus nuo pirminės cheminės pertvarkos (silikatų išskaidymas ir jonų mainai) iki vėlesnės kalcito arba aragonito precipitacijos. Šios mineralinės stadijos lemia tiek tūrį, tiek tankį bei stabilumą ilgalaikėje geocheminėje perspektyvoje.
Gręžinių mėginių tūrinis tyrimas, kartu su mikroskopinėmis studijomis (pvz., PETROGRAFIJA, SEM) ir elementine analize (XRD, XRF, izotopinė analizė), leido tyrėjams ne tik kiekybiškai įvertinti karbonatų santykį, bet ir atsekti anglies šaltinį — ar ji buvo paimta iš jūros vandens, ar iš vulkaninio CO2, kilusio iš mantijos ar vėlesnio uolienų keitimosi.
Mokslinis kontekstas: ilgalaikis anglies ciklas ir vidurio vandenyno keteros
Ilgalaikis anglies ciklas reguliuoja atmosferinį CO2 geologiniu mastu, keisdamasis anglimi tarp Žemės vidinių sluoksnių, vandenynų ir atmosferos. Vidurio vandenyno keteros — kur tektoninės plokštės sieniasi ir susidaro nauja vandenyno plutona — gamina milžiniškus kiekius bazaltinės uolienos. Kai naujoji plutona atvėsta ir sutrūkinėja, jūros vanduo įsiskverbia į uolienas, skatinant reakcijas, kurios perkelia elementus ir anglies junginius tarp vandenyno ir litosferos.
Anksčiau daugiausia dėmesio buvo skiriama vientisos bazaltinės plutonos transformacijai: plokštinėms ir masyvioms lavos srovėms, kurias keičia hidrotermaliniai procesai. Šis tyrimas pabrėžia, kad breksija, susidariusi dėl eroziijos keterų šlaituose, yra anksčiau nepakankamai įvertintas anglies rezervo komponentas. Iš esmės griuvėsiai elgiasi kaip kempinė ir lėta cheminė gamykla: jūros vanduo atneša ištirpintą CO2, o mineralų iškritimas per milijonus metų jį fiksuoja kaip karbonatą.
Permeabilumo ir porėtumo parametrų skirtumai tarp sąlyginai vientisos lavos ir breksijos reiškia skirtingus skysčių srautus ir reaktyvių zonų plėtrą. Aukšta bet ilgai išliekanti porėtumo-permeabilumo sąveika leidžia ilgalaikes chemines reakcijas, kurios kaupė anglies mineralų sluoksnius, vykdydamos tokius procesus kaip dikarbonatų iškritimas, Ca-Mg mainai ir silikatų neorganinė diagenesis.
Be to, breksijos heterogenumas — kintantis fragmentų dydis, kampas, užpildai ir tarpinės frakcijos — daro poveikį tiek pradinėms greitoms reakcijoms, tiek vėlesnei lėtesnei diagenetinei mineralizacijai. Tai reiškia, kad skalavimas nuo vietinių mastelių (metrai) iki regioninių (kilometrai) reikalauja skirtingų metodinių požiūrių vertinant anglies sulaikymo pajėgumą visoje vandenyno plutoje.
Mokslinis laivas Joides Resolution. Credit: Dr. Rosalind Coggon
Pasekmės klimato istorijai ir anglies biudžetams
Atrasta, kad breksija gali sulaikyti žymiai daugiau CO2, nei manyta anksčiau, o tai keičia geoscientistų vertinimus apie kietosios Žemės anglies srautus. Jei tokios sankaupos yra plačiai paplitusios, jos gali pakeisti rekonstrukcijas apie ankstesnį atmosferinį CO2 ir padėti patikslinti modelius, kaip Žemė reguliavo klimatą giluminiu laiku. Tai svarbu, kai mokslininkai lygina ugnikalnišką CO2 išsiskyrimą keterose su vandenyno geba pašalinti ir geologiškai saugoti tą anglies kiekį.
Už paleoklimato ribų, radinys suteikia tvirtesnį pagrindą vertinant būsimas požemines ar geologines anglies saugojimo alternatyvas. Natūralus procesas — jūros vandens varoma mineralizacija porėtoje uoloje — pateikia realaus pasaulio analogą efektyviam ilgalaikiam anglies fiksavimui. Tai ypač reikšminga vertinant geologinio saugojimo saugumą ir stabilumą per geologinius laikotarpius: natūraliai mineralizuotas anglis yra mažiau linkęs į grąžą į atmosferą nei fiziniai saugyklų sprendimai.
Vis dėlto svarbu pabrėžti mastelio ir erdvinio variacijos ribas. Nors vietiniai gręžinių duomenys suteikia aiškų įrodymą, kiek CO2 gali būti mineralizuota breksijoje, visuotinis kvantifikavimas reikalauja platesnių žemėlapių — nuoseklių geofizinių duomenų, papildomų gręžinių ir hidrogeocheminių modelių. Tokių darbų rezultatai padės įvertinti bendrą vandenynų plutos talpą kaip ilgalaikį anglies rezervuarą ir įtraukti ją į globalaus anglies biudžeto skaičiavimus.
Be to, pažangos spektrometrijoje ir izotopų metodikose gali padėti atsekti anglies kilmę ir amžių, taip aiškiau skiriant anglies šaltinius: ar mineralizuotas CO2 kilo iš senų organinių ar neorganinių rezervuarų, ar iš aktyvaus hidroterminio CO2 tiekimo. Tai kritiška, kai siekiama suprasti, kaip greitai „įrašytas“ anglies kiekis buvo perkeltas iš atmosferos ar vandenyno sistemos ir kiek ilgai jis išliks saugomas geologiniu mastu.
Ką apėmė ekspedicija
- Gręžiniai ir cilindrų paėmimas IODP U1557 stotyje per 390 ekspediciją, mėginiai iš viršutinės vandenyno plutonos ir susijusios breksijos.
- Petrografinės ir geocheminės analizės, skirtos kiekybiškai nustatyti karbonatų kiekį ir įvertinti CO2 saugojimo pajėgumą.
- Lyginamoji analizė su anksčiau imtomis vientisomis lavomis, siekiant įvertinti saugomos anglies padidėjimą (2–40 kartų).
Ekspertų įžvalgos
„Šis atradimas užpildo svarbią spragą mūsų supratime apie vandenyno dugno anglies talpas,“ sako dr. Maya Singh, jūros geocheminė iš Woods Hole Oceanographic Institution. „Breksijos sluoksniai yra heterogeniški ir dažnai nepastebimi, tačiau jie pasižymi plačiomis porų tinklo struktūromis, kur mineralizacija gali vykti geologiniais laiko masteliais. Įtraukus juos į globalius anglies biudžetus, mūsų vaizdas apie Žemės ilgalaikę klimato reguliaciją taps tikslesnis.“
Kaip mokslininkai toliau žemėlapiuoja vandenyno plutonos alteraciją ir kiekybiškai nustato mineralizuotą anglį, šios griuvėsių saugyklos taps svarbia dėlione — primindamos, kad net maži uolienų fragmentai, turėdami laiko ir tinkamas chemines sąlygas, gali saugoti milžiniškus anglies kiekius. Ateities darbai turėtų apimti tikslingus gręžinius į skirtingas geologines aplinkas, labiau išplėstines chemines analizės programas ir integravimą su regioniniais geofizikiniais duomenimis, kad būtų galima patikimai prognozuoti breksijos vaidmenį globaliame anglies cikle.
Galiausiai, šis tyrimas ne tik praplečia mūsų supratimą apie natūralias anglies sulaikymo sistemas, bet ir suteikia pagrindą inovatyviems sprendimams, kaip geologinės sąlygos gali būti naudojamos kaip pavyzdys inžinierinėms anglies kaupimo technologijoms. Suvokimas, kad natūralūs procesai jau dešimtis milijonų metų sėkmingai fiksuoja anglies junginius, yra svarbi gairė siekiant kuriamų ilgalaikių strategijų klimato kaitos mažinimui.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą