深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎?

深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎? 從馬里亞納群島海底的香檳通風口升起的水滴。 從現場排出的流體含有溶解的二氧化碳。 NOAA海洋探索者

隨著對人類引起的氣候變化的關注日益增加,許多科學家正在回顧地球的歷史,以了解能夠揭示當今變化的事件。 分析地球氣候系統過去的變化,可以提高我們對未來行為的理解。

現在從這些研究中可以清楚地看到突然升溫事件 建立在地球的氣候系統中。 它們發生在地球表面碳儲存的擾動將溫室氣體釋放到大氣中時。 對其中一個重大挑戰 氣候科學家喜歡我 是在人類出現之前確定這些釋放的來源,以及觸發它們的原因。 重要的是,我們想知道這樣的事件是否會再次發生。

在最近發表的一項研究中,我的同事們 凱蒂哈拉辛, 納丁·克魯平斯基 我發現在最後一個冰川時代結束時,大約是20,000年前,二氧化碳是 從地質水庫釋放到海洋中 當海洋開始變暖時,它位於海底。

這一發現是一個潛在的改變遊戲規則的人。 現代海洋中天然存在的碳庫可能再次受到干擾,對地球的海洋和氣候具有潛在的嚴重影響。

深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎? 在過去的800,000年中,地球在冰河時代(低點)和溫暖的間冰期之間循環。 但目前的氣候變暖發生的速度比過去的變暖事件要快得多。 美國航空航天局

過去是序幕

由地質碳釋放引起的快速變暖的一個最著名的例子是 古新世 - 始新世最高溫度,或PETM,這是一個發生在55萬年前的重大全球變暖事件。 在PETM期間,9在大約16年內使地球變暖至5華氏度(9至10,000攝氏度)。

氣候科學家現在認為PETM是一種 模擬今天發生的環境變化。 PETM發生的時間較長,沒有人為乾預,但它表明,如果來自地質儲層的碳迅速釋放,氣候系統就會存在固有的不穩定性。

科學家們也知道大氣中的二氧化碳水平在年底迅速上升 每個晚更新世冰期,有助於溫暖氣候。 在最近的變暖事件中,17,000多年前,地球被9溫暖到13華氏度(5到7攝氏度)。

古新世 - 始新世最大熱量極大地使地球變暖,熱帶雨林向北延伸到北極。

然而,數百項科學研究未能確定導致每個冰河時代結束的二氧化碳迅速增加的原因。 研究人員同意海洋必須參與,因為它充當了一個大型碳電容器, 調節大氣中的碳含量。 但他們仍在尋找線索,以了解在突然的氣候變化過程中影響海洋中碳含量的因素。

在海底的湖泊

在過去的二十年中,海洋科學家發現,在海洋底部,活動邊緣的岩石和沈積物中積聚了液態和固態二氧化碳的儲集層。 熱液噴口。 在這些地方,來自地球內部的火山岩漿遇到過熱的水,產生大量富含二氧化碳的流體,這些流體通過地殼的裂縫過濾,向上遷移到地表。

當這種流體的羽流遇到冷海水時,二氧化碳會凝固成一種稱為水合物的形式。 水合物形成一個帽子,可以捕獲岩石和沈積物中的二氧化碳,防止二氧化碳進入海洋。 但在高於大約48華氏度(9攝氏度)的溫度下,水合物將熔化,將浮力液體或氣態二氧化碳直接釋放到上覆水中。

到目前為止,科學家已經記錄了台灣附近西太平洋地區的水和二氧化碳水庫 愛琴海。 在較淺的海水中,海洋溫度較高且壓力較低,研究人員觀察到純二氧化碳 直接從沉積物中發出的氣體 併升到海洋表面。

深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎? 幾乎純淨的二氧化碳氣泡從沉積物中升起,這些沉積物覆蓋了熱帶西太平洋的活躍熱液系統。 Roy Price的照片,由Jan Amend提供, CC BY-ND

氣候外卡

這些發現正在改變科學家對海洋碳系統的理解。 氣候科學家尚未將深海碳儲量納入當前模型,探索未來變暖的潛在影響,因為對這些碳源的大小和分佈知之甚少。

事實上,幾乎沒有數據可以記錄這些水庫目前從海洋中釋放出多少二氧化碳。 這使得地質歷史變得至關重要:它證實了這些類型的油藏在受到干擾時具有釋放大量碳的能力。

在陸地環境中也發現了類似的碳儲層。 在1979,印度尼西亞的迪昂火山 窒息的142人 當它釋放出幾乎純淨的二氧化碳時。 在1986,喀麥隆尼奧斯湖底部的二氧化碳儲層 爆發,殺死1,700當地村民和數百隻動物。

深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎? 在1986 Lake Nyos噴發中,二氧化碳窒息了牛。 USGS /傑克洛克伍德

二氧化碳也在加利福尼亞州猛獁山周圍發洩,岩漿通過地殼上升,並在淺水深處停留。 土壤中含有高濃度的二氧化碳 殺死了超過100英畝的樹木。 科學家正在努力識別和表徵 陸地上的其他網站 這種釋放可能發生的地方。

量化儲存在海洋水庫中的二氧化碳更具挑戰性。 海底的廣大地區包含活躍的火山活動和熱液噴發的地點,但科學家們幾乎不了解二氧化碳在周圍的岩石和沈積物中積累了多少。 在我看來,迫切需要研究二氧化碳可能積聚的海洋環境,然後評估它們對不穩定的敏感程度。

氣候變暖,風險增加

這不是應該推遲的努力。 地球的海洋正在迅速變暖,氣候模型預測它們將在極地附近發熱,在那裡形成深水流 從表面向下帶來溫暖的水.

當這些溫暖的海水沉入海洋的內部時,它們將多餘的熱量輸送到可以形成二氧化碳儲層的地方。 那些溫暖的水域最終會破壞保持液態二氧化碳的水合物密封。

深海碳儲層曾一度過熱地球 - 它會再次發生嗎? 一股非常大的,緩慢的電流稱為溫鹽環流,將溫水帶到地球的極地,在那裡它會冷卻並沉入深海。 Maphoto / Riccardo Pravettoni通過GRID-Arendal, CC BY-ND

其中一個這樣的水庫發生在西太平洋西部 沖繩海槽 在東海。 該位置的底部水的溫度為37至39華氏度(3至4攝氏度),這意味著水合物蓋在其熔點的約4-5攝氏度內。

重要的是,溫暖的熱液流體從二氧化碳儲層下方向地面上升。 隨著海洋繼續變暖,冷海水與較溫暖的熱液之間的溫差將減小。 這將導致水合物變薄,可能達到不再使液態二氧化碳逃逸的程度。

到目前為止,還沒有研究來評估這些海洋二氧化碳儲層是否容易受到海洋溫度上升的影響。 但是,地球的史前記錄清楚地表明地質儲層可能不穩定 - 而且當它們存在時,它會導致大氣二氧化碳和全球變暖的迅速增加。 在我看來,這代表了一個不容忽視的重要未知風險。談話

關於作者

Lowell D. Stott,教授, 南加州大學 - Dornsife文學,藝術和科學學院

本文重新發表 談話 根據知識共享許可。 閱讀 原創文章.

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