راز نهفته آتشفشان‌ها: دی‌اکسیدکربن و تغییر اقلیم زمین

کشف جدیدی در مورد فعالیت‌های آتشفشانی و تغییرات اقلیمی

یک تیم بین‌المللی از زمین‌شناسان به رهبری یک آتشفشان‌شناس در دانشگاه راجرز نیو برانزویک کشف کرده‌اند که بر خلاف درک فعلی علمی، آتشفشان‌های باستانی همچنان از عمق زمین دی‌اکسید کربن را به جو زمین آزاد می‌کنند، حتی پس از پایان دوره‌های فعالیت خود. این تیم تحقیقاتی با این کشف، معمایی دیرینه را حل کرده است که چه چیزی باعث دوره‌های طولانی گرمایش در نقاط عطف تاریخ اقلیمی زمین شده است. این تحقیق در مجله Nature Geoscience منتشر شده است.

بنجامین بلک، که رهبری این مطالعه را بر عهده داشته و استاد همکار در دپارتمان علوم زمین و سیارات در دانشکده هنر و علوم است، گفت: “یافته‌های ما مهم هستند زیرا یک منبع پنهان دی‌اکسید کربن را در جو زمین در زمان‌هایی که اقلیم به طور ناگهانی گرم شده و مدت طولانی‌تری گرم مانده، شناسایی می‌کنند.” او افزود: “ما فکر می‌کنیم که یک قطعه مهم از معما را در مورد چگونگی اختلال در اقلیم زمین و شاید به همان اندازه مهم، چگونگی بهبودی آن پیدا کرده‌ایم.”

در حال حاضر، انسان‌ها دی‌اکسید کربن بسیار بیشتری نسبت به مجموع تمام آتشفشان‌های فعال آزاد می‌کنند. با این حال، یافته‌های جدید می‌تواند روشن کند که چگونه اقلیم سیاره در صورت کاهش انتشار دی‌اکسید کربن انسانی بهبود خواهد یافت. بلک گفت: “زمین دارای سیستم‌های کنترل اقلیمی طبیعی است – شبیه به ترموستات در خانه شما.” او ادامه داد: “سوال این است که آیا آستانه‌هایی وجود دارد که فراتر از آن، این سیستم‌های کنترل اقلیمی شروع به خراب شدن می‌کنند و بهبود اقلیم را بسیار دشوارتر می‌سازند؟”

برای دهه‌ها، دانشمندان از سوابق اقلیمی که نشان‌دهنده عدم بهبودی سریع جو زمین پس از آنچه به عنوان انقراض جمعی پایان پرمین شناخته می‌شود، شگفت‌زده شده‌اند. این انقراض، که ۲۵۲ میلیون سال پیش رخ داد، شدیدترین کاهش تنوع زیستی است که در تاریخ زمین ثبت شده و به فوران‌های آتشفشانی عظیم در سیبری مرتبط است. حتی پس از پایان این فوران‌ها، اقلیم زمین نزدیک به ۵ میلیون سال طول کشید تا تثبیت شود. بلک گفت: “این بهبودی دیرهنگام مدت‌هاست که دانشمندان را گیج کرده است. به نظر می‌رسد ترموستات طبیعی زمین در طول و پس از این رویداد به هم ریخته است.”

بلک و تیم بین‌المللی همکارانش به بررسی تاریخ گذشته پرداختند و شواهدی از انتشار دی‌اکسید کربن از این نوع استان‌های آتشفشانی یافتند که می‌تواند میلیون‌ها سال پس از پایان بیشتر فوران‌های سطحی ادامه یابد. آنها این کار را با جمع‌آوری تحلیل‌های شیمیایی از لاواها، توسعه مدل‌های کامپیوتری برای شبیه‌سازی ذوب درون زمین و مقایسه نتایج با سوابق اقلیمی گذشته که در سنگ‌های رسوبی حفظ شده‌اند، انجام دادند. این تحلیل‌ها نشان داد که استان‌های آتشفانی باستانی به آرامی متوقف می‌شوند. در سطح، فوران‌ها ممکن است متوقف شده باشند، اما در عمق قشر و گوشته، ماگما همچنان دی‌اکسید کربن آزاد می‌کند و باعث گرمایش طولانی‌مدت اقلیم می‌شود.

کربن پنهان: منبع جدید دی‌اکسید کربن جوی

بلک گفت: “ما به این دی‌اکسید کربن که از ماگماهای زیرسطحی ناشی می‌شود، کربن پنهان می‌گوییم زیرا این کربن از ماگماهایی که در عمق سیستم پنهان شده‌اند، به دست می‌آید.” او ادامه داد: “این مانند این است که آتشفشان‌ها کربن را از دنیای مردگان آزاد می‌کنند.” بلک تأکید کرد که یافته‌های مطالعه جدید اهمیت زیادی دارند زیرا یک منبع پنهان دی‌اکسید کربن جوی را در زمان‌هایی که آب و هوا به طور ناگهانی گرم می‌شود، شناسایی می‌کنند. او گفت: “اگر آتشفشان‌ها به افزایش دما ادامه دهند، ممکن است ترموستات زمین بهتر از آنچه دانشمندان تصور می‌کردند، عمل کند.” بلک بیان کرد: “اگر این درست باشد، می‌تواند خبر خوبی برای بهبود زمین پس از گرم شدن اقلیمی ناشی از فعالیت‌های انسانی باشد.” او افزود: “این به این معناست که اگر ما از افزایش دما جلوگیری کنیم، در مقیاس‌های زمانی زمین‌شناسی که به صدها هزار تا میلیون‌ها سال می‌رسد، اقلیم می‌تواند به حالت قبلی خود بازگردد.”

بلک تأکید کرد که کربن پنهان از آتشفشان‌ها نمی‌تواند توضیح‌دهنده تغییرات اقلیمی امروزی باشد. او گفت: “نوع آتشفشان‌شناسی که ما در حال بررسی آن هستیم، نادر است و قادر به تولید ماگمایی به اندازه‌ای است که می‌تواند ایالات متحده را به عمق نیم کیلومتر در گدازه بپوشاند.” بلک ادامه داد: “این نوع آتشفشان‌شناسی در ۱۶ میلیون سال گذشته اتفاق نیفتاده است. تمام آتشفشان‌هایی که در حال حاضر در سیاره زمین در حال وقوع هستند، کمتر از یک درصد دی‌اکسید کربن را نسبت به فعالیت‌های انسانی آزاد می‌کنند.”

با این حال، دانشمندان هنوز امیدوارند که از این فوران‌های گذشته درباره اقلیم کنونی و آینده بیاموزند. بلک گفت: “این فوران‌های باستانی به نظر می‌رسد از معدود رویدادهایی در تاریخ زمین هستند که کربن را به مقیاسی مشابه با آنچه انسان‌ها امروز انجام می‌دهند، آزاد می‌کنند.” او افزود: “بنابراین با مطالعه این فوران‌ها در گذشته‌های دور، می‌توانیم بیشتر درباره چگونگی واکنش سیستم‌های اقلیمی زمین به آزادسازی گسترده کربن به جو بیاموزیم.”

این یافته‌ها تنها آغاز یک تلاش چندساله هستند که توسط بنیاد ملی علوم آمریکا تأمین مالی شده است تا بررسی کنند چگونه کربن پنهان می‌تواند بر بهبود وضعیت پس از اختلالات عمده اقلیمی زمین تأثیر بگذارد. این تابستان، تیم به شمال شرقی اورگان سفر کرد، جایی که آتشفشان‌های عظیم با گرم شدن اقلیم در ۱۶ میلیون سال پیش مرتبط شده‌اند. دانشمندان بر روی کوه‌های والوا تمرکز کردند، که با ورقه‌های بزرگ دایک‌های ماگمایی که زمانی که سنگ مذاب به شکاف‌ها نفوذ کرده و جامد شده، پوشیده شده‌اند.

به دلیل فرسایش، منطقه‌ای که به عنوان “آلپ‌های اورگان” شناخته می‌شود، این سنگ‌ها را که زمانی ماگما در عمق زمین بودند، نمایان می‌کند. اعضای تیم، از جمله بلک و همکاران و دانشجویان تحصیلات تکمیلی از دانشگاه راتگرز و دیگر دانشگاه‌ها که بخشی از تیم تأمین مالی شده توسط بنیاد ملی علوم هستند، به کوه‌ها صعود کردند که ارتفاع آن‌ها بین ۵۰۰۰ تا ۹۰۰۰ فوت است و نمونه‌هایی از مواد شیشه‌ای در لبه‌های دایک‌ها برداشت کردند. این مواد زمانی ایجاد شدند که ماگما با سنگ‌های سرد اطراف تماس پیدا کرد.

در آزمایشگاه‌های خود، محققان به دنبال شواهدی از آزادسازی دی‌اکسید کربن و دیگر گازها در این سنگ‌های شیشه‌ای باستانی هستند. دیگر دانشمندان حاضر در این مطالعه شامل: لیف کارلستروم از دانشگاه اورگان؛ بنجامین میلز از دانشگاه لیدز، لیدز، انگلستان؛ تامسین ماثر، دانشگاه آکسفورد، آکسفورد، انگلستان؛ مکسول رودولف، دانشگاه کالیفرنیا-دیویس; جک لانگمن، دانشگاه نورثامبریا، نیوکاسل آپون تاینی، انگلستان؛ و اندرو مریدیت، دانشگاه آدلاید، آدلاید، استرالیا بودند.