Связь между распадом континентов, вулканическими выбросами углерода и эволюцией

Исследователи установили, что формирование и распад суперконтинентов на протяжении сотен миллионов лет контролирует вулканические выбросы углерода. Результаты, опубликованные в журнале Science, могут привести к пересмотру представлений об эволюции углеродного цикла в истории Земли и его влиянии на обитаемость планеты.

Учёные из Кембриджского университета использовали существующие измерения содержания углерода и гелия в выбросах более 80 вулканов по всему миру, чтобы определить их происхождение. Эти элементы могут поступать как из глубоких недр Земли, так и перерабатываться вблизи поверхности, а их химический «отпечаток» позволяет установить источник. Анализ данных показал, что большая часть углерода, выделяемого вулканами, является переработанной вблизи поверхности, что противоречит ранним предположениям о его глубинном происхождении. «Это ключевой элемент пазла геологического углеродного цикла», — отметила старший автор исследования доктор Мари Эдмондс.

Вулканы, формирующиеся в крупных островных или континентальных дугах на границах тектонических плит, имеют разные химические сигнатуры. «Островодужные» вулканы (например, Алеутские острова, Марианские острова) выделяют меньше углерода, поступающего из глубокой мантии. «Континентальные дуговые» вулканы (например, Анды, вулканы Италии) выбрасывают значительно больше углерода, источник которого находится ближе к поверхности. На протяжении сотен миллионов лет, в периоды сближения континентов доминировала активность островодужных вулканов, а во время распада суперконтинентов — континентальных вулканических дуг. Эта цикличность систематически меняла химический отпечаток углерода, поступающего на поверхность Земли.

Изменения изотопного соотношения углерода обычно измеряются в известняках. Ранее считалось, что на этот «отпечаток» может влиять только производство атмосферного кислорода, поэтому его использовали для интерпретации эволюции обитаемости Земли. Новые результаты показывают, что вулканы играли в углеродном цикле более значительную роль, и прежние допущения требуют пересмотра. «Это заставляет нас кардинально переоценить эволюцию углеродного цикла, — говорит Эдмондс. — Наши результаты предполагают, что запись в известняках должна быть полностью переинтерпретирована».

Яркий пример — меловой период (144–65 млн лет назад). Наблюдаемое в его отложениях увеличение изотопного соотношения углерода ранее объяснялось ростом концентрации атмосферного кислорода, что связывали с распространением млекопитающих. Однако данные кембриджской команды указывают, что это увеличение могло быть почти полностью обусловлено изменением типов вулканов на поверхности. «Связь между уровнями кислорода и захоронением органического материала позволила развиться жизни в её современном виде, но нашу геологическую летопись этой связи необходимо переоценить», — заключила соавтор работы доктор Александра Турчин.