Глинистые минералы управляют углеродом
Глинистые минералы, взвешенные в морской воде, связывают осадочный органический углерод на своих поверхностях. Однако количество связанного углерода и его источник напрямую зависят от конкретного минерала. Это показала исследовательская группа из ETH Zurich и Университета Тунцзи, изучив осадки в Южно-Китайском море.
Реки постоянно поставляют осадочный материал в мировой океан. Этот осадок в значительной степени состоит из различных глинистых минералов — продуктов выветривания горных пород — и органических соединений растительного происхождения, разложившихся в почвах. Оба компонента попадают в реки в результате эрозии. На пути к океанам органическое вещество в осадках связывается с глинистыми минералами, образуя глинисто-гумусовые комплексы. Попав в море, эти комплексы оседают на дно, где захораниваются под другими осадками. Это улавливает содержащийся в них углерод, удаляя его на геологических временных масштабах из атмосферы и из пулов углерода, находящихся в быстром обмене с поверхностью Земли.
Именно поэтому глинистые минералы, или филлосиликаты, чрезвычайно важны для глобального углеродного цикла: около 90% органического углерода, захороненного в донных отложениях вокруг континентов, связано с реакциями между органическим материалом и различными минералами. Разнообразные филлосиликаты ответственны за особенно большую долю, поскольку их малый размер и геометрия означают, что они имеют особенно высокую удельную поверхность и могут связывать большие количества углерода.
Однако не все глинистые минералы образуют стабильные комплексы с органическими веществами. В недавней статье в журнале Science команда исследователей показывает, что разные виды глинистых минералов взаимодействуют с органическим веществом в разной степени, и этот процесс определяет цикл органического углерода. Это также влияет на то, в какой степени каждый минерал выступает агентом для секвестрации углерода, поскольку связывание углерода зависит от его минералогической структуры и характеристик. Чем больше удельная поверхность и выше реакционная способность, тем больше органического вещества может быть связано и больше углерода захоронено в осадке.
Исследователи изучали эти процессы в Южно-Китайском море, где встречаются минерал смектит с Лусона (главный остров Филиппин), каолинит с материкового Китая, а также слюда и хлорит с гор Тайваня. Ведущий автор исследования Томас Блаттманн отмечает, что это море предлагает лучшие в мире условия для изучения взаимодействий филлосиликатов с органическим веществом, так как источники минералов четко определены, в отличие от «хаотичной смеси» в других океанах.
Смектит, образующийся при химическом выветривании вулканических пород, в пресной воде связывается с органическим материалом из плодородных почв. Однако, попав в соленую воду, смектиты меняют свою органическую нагрузку: они захватывают растворенные в морской воде углеродные соединения и высвобождают органическое вещество континентального происхождения. Филлосиликаты же с гор Тайваня ведут себя иначе, прочно связывая континентальный углерод и эффективно перенося его в море.
«То, как углерод континентального происхождения переносится в мировой океан и хранится там, в конечном итоге зависит от вида глинистого минерала. Эти минералы влияют на крупномасштабный перенос органического углерода с континентов в его поглотитель на океаническом дне», — объясняет Блаттманн.
«Филлосиликаты играют более важную роль в глобальном углеродном цикле, чем мы предполагали ранее, — говорит профессор ETH Zurich Тим Эглинтон. — Однако мы не можем это количественно оценить, поскольку только начинаем понимать специфическое поведение этих различных глинистых минералов. Потребуется много дополнительных исследований, чтобы прийти к каким-либо выводам относительно обширных просторов мирового океана».