Тайвань-остров крайностей: сильные землетрясения и тайфуны неоднократно обрушиваются на регион и меняют ландшафт, иногда катастрофически. Это делает Тайвань фантастической лабораторией для геонаук. Эрозионные процессы, например, в центре острова протекают в тысячу раз быстрее, чем на его дальнем юге. Эта разница в скорости эрозии влияет на химическое выветривание горных пород и дает представление о круговороте углерода на нашей планете в масштабе миллионов лет.

Группа исследователей во главе с Аароном Буфе и Нильсом Ховиусом из Немецкого исследовательского центра геонаук (GFZ) в настоящее время воспользовалась различными скоростями эрозии и исследовала, как подъем и эрозия горных пород определяют баланс выбросов и поглощения углерода. Удивительный результат: при высоких скоростях эрозии процессы выветривания выделяют углекислый газ; при низких скоростях эрозии они поглощают углерод из атмосферы. Результаты исследования будут опубликованы в журнале Nature Geoscience.

За всем этим стоят тектонические и химические процессы. В частности, в быстро растущих горах тектонические подъемы и эрозия постоянно приносят из-под земли свежий скальный материал. Там он подвергается воздействию циркулирующей кислой воды, которая растворяет или изменяет породу. В зависимости от типа горных пород, это выветривание оказывает очень различное влияние на климат Земли. Например, если углекислота из почвы вступает в контакт с силикатными минералами, известняк (карбонат кальция или СаСО3) выпадает в осадок, в котором углерод затем связывается очень долго.

В случае сочетания сернистого минерала, такого как пирит, и известняка происходит обратное. Серная кислота, образующаяся при контакте пирита с водой и кислородом, растворяет карбонатные минералы, образуя таким образом CO2. Считается, что эта связь между горным строительством и химическим выветриванием влияет на климат нашей планеты в масштабе миллионов лет. Но как именно рост Альп или Гималаев влияет на климат? Ускоряется ли силикатное выветривание, вызывая охлаждение климата? Или преобладает растворение известняка серной кислотой, повышая концентрацию атмосферного CO2 с сопутствующим глобальным потеплением?

На этот вопрос можно ответить в южной части Тайваня. Тайвань расположен в зоне субдукции, где океаническая плита скользит под азиатским континентом. Эта субдукция вызывает быстрый рост гор. В то время как центр острова возвышается уже несколько миллионов лет, южная оконечность только что вышла из моря. Там горы имеют низкий рельеф и разрушаются относительно медленно. Дальше к северу, где горы крутые и высокие, свежий камень быстро выносится на поверхность Земли для погоды. К счастью, породы южного Тайваня типичны для многих молодых горных хребтов по всему миру, содержащих в основном силикатные минералы с некоторым количеством карбоната и пирита.

В своем исследовании исследователи взяли пробы рек, которые собирают воду из этих гор с разной скоростью эрозии. Из материала, растворенного в реках, исследователи оценили долю сульфидных, карбонатных и силикатных минералов в выветривании. Эти результаты позволили им оценить как количество СО2, которое поглощается, так и количество СО2, выделяемого в результате реакций выветривания. Первый автор Аарон Буфе сообщает: "Мы обнаружили, что в самой южной части Тайваня преобладает атмосферная секвестрация CO2. Однако дальше к северу, где горы разрушаются быстрее, преобладают скорости карбонатного и сульфидного выветривания и выделяется CO2."

Итак, увеличивает ли выветривание горных хребтов содержание CO2 в атмосфере? Аарон Бафе говорит: "Мы можем сделать относительно хорошие заявления о Тайване. По-видимому, химическое выветривание в этом наиболее активном из горных поясов является чистым источником выброса CO2 в атмосферу из-за химического выветривания. Но, возможно, история меняется, когда наносы, смытые с гор, оказываются в ловушке на обширных аллювиальных равнинах, как у подножия Гималаев или Альп.

Эти отложения часто богаты силикатами, выветривание которых будет поглощать CO2. Кроме того, горное строительство приносит на поверхность Земли не только осадочные породы с пиритом и карбонатом, но и типы пород, которые образовались из затвердевшей магмы и содержат много свежих силикатов, которые быстро выветриваются. Исследователям предстоит подняться на несколько гор, прежде чем мы полностью узнаем о чистом влиянии выветривания на климат Земли."

ИСТОЧНИК