Nội dung bài viết
Phong hóa đá có thể giải phóng hoặc hút đi carbon dioxide, điều đó phụ thuộc vào loại đá. Kể từ đầu những năm 1980, các nhà khoa học Trái đất đã hiểu rằng sự xói mòn và phong hóa của đá dần dần loại bỏ CO 2 khỏi khí quyển, điều hòa khí hậu Trái đất theo thang thời gian địa chất.
Nhưng các nghiên cứu gần đây đã chỉ ra rằng quá trình xói mòn cũng có thể thải ra CO 2 bằng cách oxy hóa cacbon hữu cơ có trong các trầm tích bị xói mòn. Vẫn chưa rõ sự cạnh tranh giữa việc loại bỏ do phong hóa đá và phát thải do phong hóa carbon hữu cơ sẽ ảnh hưởng đến khí hậu Trái đất như thế nào.
Một nghiên cứu mới trên tạp chí Nature Communications sử dụng quá khứ địa chất để kiểm tra xem những hiệu ứng cạnh tranh này cộng lại như thế nào.
Tiến sĩ Madeleine Stow của Đại học Oxford, cùng với các đồng nghiệp từ khắp Vương quốc Anh và Pháp, đã kiểm tra một giai đoạn nóng lên toàn cầu do núi lửa gây ra xảy ra vào đầu kỷ Jura, 183 triệu năm trước, được gọi là “Sự kiện Anoxic Đại dương Toarcian”.
Họ phát hiện ra rằng sự xói mòn của carbon hữu cơ đã làm tăng khí hậu nóng lên vào thời điểm đó, cho thấy quá trình tương tự có thể áp dụng cho biến đổi khí hậu hiện đại. Nhưng mức độ mở đầu của quá khứ là không chắc chắn.
Sự kiện nóng lên của Toarcian là một trong hàng tá sự kiện các giai đoạn biến đổi khí hậu trong quá khứ địa chất được gây ra bởi các hiện tượng núi lửa khổng lồ được gọi là các tỉnh lửa lớn.
Một số loài có liên quan đến sự tuyệt chủng hàng loạt, bao gồm cả Đại tuyệt chủng vào cuối kỷ Permi, nguyên nhân là do Tỉnh lửa lớn ở Bẫy Siberia gây ra. Sự kiện Toarcian được kích hoạt bởi các vụ phun trào núi lửa lớn trên khắp Nam Phi và Nam Cực, chúng kết hợp với nhau vào thời điểm đó.
Hậu quả của sự nóng lên toàn cầu từ 6° đến 7° C đã làm thay đổi thành phần các loài thực vật và khủng long trên đất liền và gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt của san hô và các loài sinh vật biển khác.
Giáo sư Bob Hilton, Đại học Oxford, đồng tác giả và nhà điều tra chính của nghiên cứu, giải thích: "Sự kiện này đã được nghiên cứu kỹ lưỡng trước đây.
Chúng tôi hiểu nguyên nhân của nó, chúng tôi hiểu nguyên nhân gây ra sự tuyệt chủng hàng loạt và nó được thúc đẩy bởi sự phóng thích của Tỉnh Igneous Lớn này".
Carbon hữu cơ trong đá bao gồm từ các mảnh vụn có thể nhìn thấy được từ lá và gỗ hóa thạch đến tàn tích phân tử của sinh vật phù du, tảo và vi khuẩn.
Trong các sự kiện nóng lên toàn cầu trước đây, như Toarcian, rất nhiều chất hữu cơ đã bị chôn vùi dưới biển đến nỗi tạo thành đá phiến có màu đen chứa cacbon hữu cơ.
Sau này, sau kiến tạo mảng rai Khi các trầm tích như vậy rơi xuống bề mặt đất, chúng có thể bị xói mòn và cacbon hữu cơ bên trong chúng có thể bị phong hóa thành CO 2.
Để đo lượng cacbon hữu cơ bị phong hóa trên đất liền trong kỷ Toarcian, Stow và các đồng nghiệp đã chuyển sang sử dụng đồng vị của nguyên tố rhenium chiết xuất từ đá lắng đọng dưới đáy biển vào thời điểm đó.
Rhenium hoạt động như một chất đánh dấu quá trình oxy hóa cacbon hữu cơ vì nó liên kết hóa học với chất hữu cơ trong trầm tích đáy biển. Khi carbon hữu cơ bị phong hóa trên vùng đất bị xói mòn, nó sẽ thải vào khí quyển dưới dạng khí CO 2.
Nhưng rheni liên kết với carbon hữu cơ sẽ bị cuốn trôi qua các con sông vào đại dương, nơi nó được tích hợp vào các trầm tích đáy biển mới. Ở đó, nó hoạt động như một chất đánh dấu carbon hữu cơ đã bị oxy hóa từ các trầm tích cũ.
Cường độ oxy hóa cacbon hữu cơ làm thay đổi tỷ lệ giữa đồng vị rheni 187 và rheni 185. Điều này làm cho tỷ lệ của hai đồng vị này trong trầm tích trở thành thước đo sự phong hóa cacbon hữu cơ vào thời điểm đó.
Nhóm nghiên cứu đã sử dụng lõi đá trầm tích dài 1.300 mét được lắng đọng từ kỷ Triassic muộn đến kỷ Jura sớm. Nó được khoan vào những năm 1960 ở xứ Wales và hiện được Cơ quan Khảo sát Địa chất Anh lưu giữ.
Kẻ lừa đảo Nồng độ rhenium trong đá thấp tới một phần tỷ gam trên gam đá, đòi hỏi những kỹ thuật cực kỳ nhạy cảm để đo lường nó. Hilton cho biết, những cải tiến gần đây về độ nhạy của máy quang phổ khối đã “thay đổi cuộc chơi một chút” trong việc cho phép thực hiện những nghiên cứu như thế này.
Nhóm nghiên cứu đã đẽo các mẫu đá phiến từ các điểm khác nhau dọc theo lõi khoan, với mỗi vị trí lấy mẫu đại diện cho một thời điểm khác nhau trong quá trình nóng lên.
Họ tiêu hóa các mẫu đá lần lượt bằng các loại axit khác nhau để phá vỡ các khoáng chất và chất hữu cơ, và sau một số bước chuẩn bị tiếp theo, các đồng vị rhenium được đo bằng cách sử dụng “Phương pháp quang phổ khối plasma kết hợp cảm ứng” (ICP-MS).
Các giá trị đồng vị rhenium mà họ đo được đã thay đổi khi sự kiện nóng lên ở Toarcian diễn ra, cho thấy quá trình phong hóa carbon hữu cơ tăng cường khi khí hậu nóng lên.
Katherine cho biết: “Đây là một bài báo thực sự quan trọng vì đây là một trong những bài báo đầu tiên sử dụng đồng vị rhenium trong bối cảnh địa chất trong quá khứ và điều đó thực sự mở ra cơ hội cho hệ thống này có thể nghiên cứu sâu hơn về quá khứ và nghiên cứu những sự kiện dị thường khác để hiểu thêm về hệ thống Trái đất hiện tại của chúng ta”.
Grant của Phòng thí nghiệm quốc gia Lawrence Livermore, người không tham gia vào nghiên cứu. Giáo sư Jeremy Caves Rugenstein của Đại học bang Colorado, người cũng không tham gia vào nghiên cứu, đã nhấn mạnh tầm quan trọng của bài báo trong bối cảnh công việc trước đó của nhóm Hilton.
Ông nói: “Nhóm này… đã cách mạng hóa sự hiểu biết của chúng ta về cách carbon hữu cơ địa chất tương tác với khí hậu”.
Hilton cho biết: "Các phép đo hiện đại của chúng tôi về quá trình này cho thấy nếu bạn làm nóng hành tinh, bạn sẽ khiến vật chất này bị phong hóa mạnh hơn, và đó chính xác là những gì chúng tôi thấy ở lõi khi chúng tôi chứng kiến sự kiện nóng lên này.
Sự phân hủy do thời tiết của đá thực sự có thể hoạt động như một nguồn carbon dioxide và lượng này có thể khá lớn." Một nghiên cứu năm 2024 của Giáo sư Isabel Fendley ở bang Pennsylvania và các đồng nghiệp đã sử dụng cùng một lõi đá để đánh giá lượng CO 2 núi lửa thải ra trong sự kiện nóng lên ở Toarcian.
Sử dụng thủy ngân làm chất đánh dấu các vụ phun trào núi lửa, họ kết luận rằng chỉ riêng CO2 của núi lửa là không đủ để gây ra hiện tượng nóng lên, do đó chắc chắn phải có một nguồn phát thải khí nhà kính bổ sung.
Các đồng vị rheni trong nghiên cứu cho thấy có đủ lượng cacbon hữu cơ bị phong hóa để lấp đầy C O 2 khoảng trống.
Gợi ý thực hành:
1. Theo dõi thông báo từ cơ quan địa phương tại California.
2. Kiểm tra nguồn chính thức trước khi chia sẻ lại thông tin.