Studie gibt Aufschluss darüber, wie die Erde ihren fossilen Kohlenstoff zirkuliert

Als Hauptelement des Lebens auf unserem Planeten wandert Kohlenstoff ständig von Lebewesen in die Erdkruste und zurück in die Atmosphäre, doch bis vor Kurzem war es praktisch unmöglich, diese Reise zu quantifizieren.

Um das Rätsel zu lösen, wie die Erde fossilen Kohlenstoff zirkuliert, untersuchten Mark Torres von der Rice University und seine Mitarbeiter die Chemie eines Flusssystems, das sich von den peruanischen Anden bis zu den Amazonas-Überschwemmungsgebieten erstreckt. Zusammen mit Mitarbeitern von fünf anderen Institutionen konnte Torres zeigen, dass vom Berggipfel bis zur Überschwemmungsebene hohe Kohlenstoffabbauraten anhalten, da der im Gestein gebundene Kohlenstoff, der einst der prähistorische Meeresboden war, durch Erosion und Verwitterung in die Atmosphäre freigesetzt wird.

Entsprechend eine Studie veröffentlicht in Verfahren der Nationalen Akademie der Wissenschaftenverwendeten die Forscher Rhenium – ein silbergraues, schweres Übergangsmetall – als Ersatz für Kohlenstoff. Das Verständnis des natürlichen, voranthropogenen Kohlenstoffkreislaufs der Erde bietet wertvolle Einblicke in die Geschichte des Planeten und seine Reaktion auf aktuelle Klimaherausforderungen.

„Der Zweck dieser Forschung bestand darin, die Geschwindigkeit zu quantifizieren, mit der die Erde auf natürliche Weise Kohlendioxid in die Atmosphäre freisetzt, und herauszufinden, ob dieser Prozess von Land zu Land unterschiedlich ist“, sagte Torres.

Traditionell war es schwierig, diesen Prozess zu verstehen, da er komplexe chemische Reaktionen beinhaltet, die Gesteine ​​in Gase wie Kohlendioxid umwandeln, was eine Quantifizierung erschwert.

„Diese Forschung nutzte eine neu entwickelte Technik, die von Robert Hilton und Mathieu Dellinger entwickelt wurde und auf einem Spurenelement – ​​Rhenium – beruht, das in fossiler organischer Materie enthalten ist“, sagte Torres. „Wenn Plankton stirbt und auf den Meeresgrund sinkt, wird dieser tote Kohlenstoff chemisch reaktiv und fügt ihm Rhenium hinzu.“

Über lange Zeiträume können geologische Prozesse dazu führen, dass das Gestein am Meeresboden als Gebirgszüge an die Erdoberfläche geschoben wird und der im Gestein eingeschlossene uralte Kohlenstoff langsam in die Atmosphäre freigesetzt wird. Dabei bleibt Rhenium zurück, das im Wasser gemessen werden kann.

Im Gegensatz zu anderen Elementen in fossilem Kohlenstoff – wie Stickstoff oder Phosphor –, die von Pflanzen aufgenommen werden oder Teil anderer chemischer oder biologischer Prozesse werden, ist Rhenium relativ inert und eignet sich daher gut zur Messung der Menge an Kohlenstoff, die in die Atmosphäre freigesetzt wird die Erdkruste.

„Den Organismen ist es egal – es ist kein Nährstoff“, sagte Torres. „Es wird einfach passiv in Flüsse eingebaut, wo wir es messen können. Ein guter Proxy ist einer, der nur auf den Prozess reagiert, den Sie untersuchen möchten.“

„Man muss viel über Rhenium als Element, seine Chemie und die Umgebung wissen, um es auf diese Weise interpretieren zu können. Vor diesen Messungen musste eine Menge Interpretationsarbeit geleistet werden, die es uns erlaubt, zu sagen, dass das Der einzige Wirt für dieses Element ist der in die Atmosphäre verdampfte fossile Kohlenstoff.

Das Becken des Rio Madre de Dios war ein idealer Standort für die Untersuchung dieser Frage, da es ein natürliches Gefälle von den Höhen eines der höchsten Gebirgszüge bis hinunter zu den Überschwemmungsgebieten des volumenmäßig größten Flusses der Welt bot. Darüber hinaus handelt es sich bei den an dieser Stelle freigelegten Gesteinsarten um kohlenstoffreiche Schiefergesteine, was laut Torres genau das ist, was Sie in diesem Fall untersuchen möchten.

„Ich bin von diesem Tool sehr begeistert“, sagte Torres. „Rice-Studenten haben die gleiche Methode in unserem Labor hier angewendet, sodass wir diese Art von Messung jetzt durchführen und an anderen Standorten anwenden können. Tatsächlich wenden wir diese Technik im Rahmen aktueller, von der National Science Foundation finanzierter Forschung an.“ Südkalifornien, um zu erfahren, wie Tektonik und Klima den Abbau von fossilem Kohlenstoff beeinflussen.“

Durch das Verständnis der langsamen Prozesse, die den Kohlenstoffkreislauf unseres Planeten steuern, können Wissenschaftler genauere Klimamodelle erstellen und an wirksameren Strategien zur Abschwächung der Auswirkungen anthropogener Kohlenstoffemissionen arbeiten.

Torres ist Assistenzprofessor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Rice University. Hilton, Professor für Sedimentgeologie an der Universität Oxford, und Dellinger, Forscher an der Université Savoie Mont Blanc, sind Hauptautoren der Studie.