Zidentyfikowano potencjalne źródło erupcji metanu – Ars Technica

Pięćdziesiąt sześć milionów lat temu, Biliony ton Węgiel przedostał się do atmosfery, zakwaszenie oceanów i spowodowanie, że i tak już ciepły globalny klimat ociepli się o kolejny stopień 5°C (9°F) – Epizod znany jako maksimum termiczne paleocenu i eocenu, w skrócie PETM.

W obecnym stanie ocieplenie klimatu wpływa na środowisko na lądzie i na morzu Ulewa I Stres cieplny Plankton stanowi podstawę sieci troficznej. Dzikie zwierzęta miały wysoki procent wygaśnięcie I wymiana przez Mniejsze typyNastąpiło masowe wymieranie małych stworzeń tworzących muszle i żyjących na dnie morza. Wspieraj cieplejszy klimat Krokodyle I Cyprysowe lasy bagiennetakie jak te występujące obecnie w południowo-wschodnich Stanach Zjednoczonych, w pokrytych lodem arktycznych szerokościach geograficznych i dzisiejszej tundrze.

Skąd wziął się cały ten węgiel?

Jego źródło jest przedmiotem dyskusji od lat. Niektórzy naukowcy obwiniają destabilizację lodu metanowego na dnie morskim, a inni wskazują na powszechną w tamtym czasie aktywność wulkaniczną na Północnym Atlantyku. Modelowanie przejścia izotopu węgla wskazuje, z jakiego węgla pochodzi Zarówno źródła organiczne, jak i wulkaniczneAle względne proporcje nie zostały ustalone.

A Nowe badanie W czasopiśmie Nature Geoscience profesor Christian Berndt z Centrum Badań Oceanicznych GEOMAR Helmholtz w Niemczech obwinia podziemną magmę wypychającą metan i dwutlenek węgla.₂ Z osadów morskich do atmosfery poprzez eksplozje gazów zwane odpowietrzaniem hydrotermalnym. Nad publikacją Berndt współpracował z międzynarodową grupą 35 współautorów.

Czekanie na wizytę 17 lat

Pomysł, że wentylacja hydrotermalna odegrała główną rolę w PETM, sięga 2013 roku 2004. Zdjęcia sejsmiczne zebrane na potrzeby poszukiwań ropy i gazu wykazały, że osady morskie u wybrzeży Norwegii były wypełnione tysiącami kraterów powstałych w wyniku starzenia się PETM, a inne badania wykazały podobne kratery. W pobliżu Grenlandii. Jednak zdjęcia sejsmiczne nie pozwoliły określić czasu powstania kraterów z wystarczającą precyzją, aby określić, czy odegrały rolę w uruchomieniu PETM: „To były w zasadzie przypuszczenia” – powiedział Berndt.

Aby dowiedzieć się, czy kominy rzeczywiście spowodowały PETM, musieli pobrać ich próbki do datowania, co wymagało wiercenia głęboko w dnie morskim na głębokości 5600 stóp (1,7 km) poniżej Oceanu Atlantyckiego.

Tak więc w 2004 r. Berndt i kilku współautorów formalnie zaproponowali projekt wiercenia i pobierania próbek z komina hydrotermalnego, ale musieli poczekać 17 lat, zanim ostatecznie rozpoczęli wiercenia w 2021 r. w ramach projektu. Międzynarodowy program odkrywania oceanów (IODP). „Musisz uzbroić się w cierpliwość” – powiedział Berndt.

Berndt i jego koledzy byli na pokładzie naukowego statku wiertniczego JOIDESsolution podczas wiercenia pięciu odwiertów w Modgunn Vent, około 300 km od norweskiego wybrzeża. Krater na szczycie otworu ma około 1,3 km (4300 stóp) szerokości i około 80 metrów (260 stóp) głębokości. Zdjęcia sejsmiczne poniżej krateru pokazują przypominającą komin strefę żerowania o głębokości 400 metrów (1300 stóp), łączącą krater z warstwą zamarzniętej obecnie magmy, zwaną „progiem”.

Odpowiedni czas?

„To była interesująca rzecz na początku okresu PETM” – Berndt powiedział Ars.

Próbki wydobyte ze studni dostarczają „rozstrzygających dowodów na występowanie kominów hydrotermalnych bezpośrednio przed rozpoczęciem okresu PETM”, potwierdzając „główną rolę” kominów w ocieplaniu okresu PETM, twierdzą Berndt i współpracownicy w swojej pracy. Opierają się na dwóch dowodach znalezionych w dziurze: uznanej na całym świecie zmianie w izotopach węgla, która charakteryzuje PETM, oraz obecności rodzaju planktonu, który był obecny tylko podczas PETM.

„Kluczowe i bardziej precyzyjne jest odchylenie izotopu węgla” – powiedział Berndt.

Ale te dwa dowody pojawiają się jedynie w osadach wypełniających krater Po Utworzony na początku; Znaleziono je 10-15 metrów nad dnem krateru. Odległość ta pozostawia pole manewru w powiązaniu dziury z początkiem okresu PETM. „Oznacza to, że dziura powstała na krótko przed PETM, a podczas PETM została zapełniona” – powiedział Berndt.

Profesor Abe Slogs z Uniwersytetu w Utrechcie, który nie był zaangażowany w badania Berndta, zgadza się, że „krater jest starszy niż okres PETM”. Jednak Slugs wskazuje, że gatunki planktonu znalezione w tych osadach były obecne w całym PETM. „Dlatego gatunek nie jest w stanie rozróżnić początku ani końca zdarzenia” – powiedział Slogs. Innymi słowy, obecność tego gatunku nie może zawęzić czasu powstania krateru do mniej niż dość dużego okna.

Ile czasu upłynie, zanim w okresie PETM utworzy się dziura?

Gdyby miało to miejsce tysiące lat temu, gaz powstały w wyniku erupcji dotarłby do atmosfery znacznie wcześniej, powodując uruchomienie PETM. Gdyby jednak ten wulkan i inne wulkany wybuchły kilka wieków lub kilka tysięcy lat temu, temperatura mogła wzrosnąć.

Berndt argumentuje, że 10–15 m osadu, który wypełnił krater przed przesunięciem izotopowym i pojawieniem się planktonu PETM, to jedynie krótki okres czasu. „Może to zająć 200 lat, może nawet 3000 lat lub coś w tym stylu” – dodał.

Wskazuje na przykład Wiercenie strzałowe Stało się to na Morzu Północnym w 1964 roku [a] Powiedział, że głęboka na 50 metrów dziura w Morzu Północnym jest już prawie wypełniona. Ponadto niektóre złoża Modgunn Vent zawierają warstwy roczne Sezonowe kwitnienie planktonu Wygląda na to, że rzeczywiście szybko się zapełniał.

Prawidłowa głębokość

Profesor Tom Gernon z Uniwersytetu w Southampton, który nie był zaangażowany w badania Berndta, powiedział: „Głównym postępem tego badania jest to, że zespół w przekonujący sposób wykazał, że otwory wentylacyjne utworzyły się w dość płytkim słupie wody mniej więcej w czasie PETM .” Ars.

Dowodem na płytką erupcję jest fakt, że wypełnienie krateru zawiera dużo materiału pochodzenia ziemskiego i skamieniałości planktonu żyjącego w płytkiej wodzie. Nie było jednak śladów ruchu fal, więc musiał być na tyle głęboki, że fale nie miały na niego wpływu. Fakty te nakładają ograniczenia na głębokość wody w momencie erupcji krateru; „Być może od 30 do 150 metrów to dobry szacunk” – powiedział Berndt.

Co więcej, zdjęcia sejsmiczne pokazują, że wkrótce po wypełnieniu krateru osadami dno morskie stało się na tyle płytkie, że mogło zostać zniszczone przez fale, zatem w momencie erupcji krateru nie mogło być dużo głębsze.

„Dlaczego ten klimat był istotny?” – zapytał Berndt.

Głębokość erupcji ma duży wpływ na jej wpływ na klimat. Dzieje się tak dlatego, że metan jest w atmosferze silnym gazem cieplarnianym, tym bardziej 25 razy silniejszy dwutlenku węgla₂Musi jednak przedostać się do atmosfery, aby ją ogrzać. Większość metanu wydobywającego się obecnie do głębokich wód przekształca się w dwutlenek węgla₂ zanim będzie mógł uciec do atmosfery. W przypadku Modgunn Vent „ta płytka głębokość wody umożliwi metanowi przedostanie się bezpośrednio do atmosfery… i to jest naprawdę ważne” – wyjaśnił Berndt.

Gdybyś miał cofnąć się w czasie i obejrzeć jedną z tych eksplozji z otworu wentylacyjnego znajdującego się 100 metrów pod poziomem morza, „prawdopodobnie zobaczyłbyś dużo błotnistej wody na powierzchni i prawdopodobnie dużo pęcherzyków metanu” – powiedział Berndt. Ale gdyby otwór wentylacyjny miał głębokość zaledwie 30 metrów, erupcja „naprawdę wystrzeliłaby w powietrze!” Powiedział.

Na podstawie liczby kominów widocznych w danych sejsmicznych po obu stronach północnego Atlantyku Berndt szacuje, że na początku PETM eksplodowało ich tysiące, więc ich skumulowany wpływ na klimat będzie ogromny. Niektóre z nich były ogromne – właśnie tam Otwór o szerokości 11 kilometrów Poza Grenlandią jest wielkości Buffalo w stanie Nowy Jork lub Savannah w stanie Georgia.

Modelowanie Sposób, w jaki ciepło rozprzestrzenia się z podziemnych „progów” magmy w celu uwolnienia gazu z osadów, pokazuje, że wiele kominów mogło uwalniać metan przez długi czas, przedłużając ich efekt termiczny – o „może o około 10 000 lat” – powiedział Berndt.

Rozwiązanie debaty może zająć dziesięciolecia

Pomimo „rozstrzygających” dowodów przedstawionych przez Berndta i jego współpracowników, Gernon i Sluis nie są przekonani. „Jeśli chodzi o potencjalną główną rolę kominów hydrotermalnych w zwiększaniu globalnego ocieplenia, myślę, że jury nadal nie ma co do tego pewności” – powiedział Gernon, który brał udział w badaniu. Niedawno opublikował artykuł Wiń firmę₂ Emitowany przez nagłą erupcję wulkanu jako przyczynę. „Otwory wentylacyjne nie były przyczyną rozpoczęcia okresu PETM, ale przyczyniły się do nienormalnie długiego czasu trwania okresu PETM” – powiedział Slugs Ars.

Pobranie próbek z większej liczby otworów wentylacyjnych na Północnym Atlantyku pomogłoby rozstrzygnąć debatę. Ale zainteresowani naukowcy musieli czekać 17 lat na te studnie i Narodową Fundację Nauki Od tego czasu statek został odwołany Kto je wykopał i nie planuje wymiany. Zatem dalsze wiercenie może zająć dziesięciolecia. „IODP był najważniejszym i odnoszącym sukcesy programem nauk o Ziemi na świecie przez ostatnie 50 lat, więc szaleństwem byłoby całkowicie go porzucić i nie zastąpić” – powiedział Berndt.

W międzyczasie inni naukowcy badają obecnie skały wydobyte za pomocą odwiertów pod kątem materiałów nadających się do datowania radiometrycznego w wysokiej rozdzielczości, co może lepiej określić czas powstania otworu.

Nauki przyrodnicze o Ziemi, 2023. DOI: 10.1038/s41561-023-01246-8