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Forscher haben festgestellt, dass die Bildung und Trennung von Superkontinenten über Hunderte von Millionen Jahren die natürlichen vulkanischen Kohlenstoff-Emissionen kontrolliert. Die Ergebnisse, die jetzt von Wissenschaftlern der Cambridge University in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurden, könnten zu einer Neuinterpretation führen, wie sich der Kohlenstoffkreislauf im Laufe der Erdgeschichte entwickelt hat und wie dies die Evolution der Bewohnbarkeit der Erde beeinflusst hat.
Die Forscher der Universität Cambridge nutzten vorhandene Messdatenreihen von Kohlenstoff und Helium von mehr als 80 Vulkanen aus der ganzen Welt, um den Ursprung dieser beiden Elemente zu bestimmen. Kohlenstoff und Helium, die vulkanischen Ursprungs sind, können entweder aus der Tiefe in die Erde kommen oder oberflächennah recycelt werden. Durch die Messung des chemischen Fingerabdrucks dieser Elemente kann ihre Quelle bestimmt werden. Als das Team die Daten analysierte, fand es heraus, dass der Großteil des aus Vulkanen freigesetzten Kohlenstoffs oberflächennah recycelt wird. Dies steht im Gegensatz zu der früheren Annahme, dass der Kohlenstoff aus dem Inneren der Erde kam. „Dies ist ein wesentliches Stück vom Puzzle des geologischen Kohlenstoffkreislaufs“, sagte Dr. Marie Edmonds, die leitende Autorin der Studie.
Über einen Zeitraum von Millionen von Jahren verläuft der Kohlenstoffkreislauf zwischen dem Erdinneren und der Erdoberfläche hin und her. Kohlenstoff wird aus Oberflächenprozessen wie der Bildung von Kalkstein und der Verwesung und dem Zerfall von Pflanzen und Tieren entfernt, wodurch der atmosphärische Sauerstoff ansteigen kann. Vulkane sind eine Möglichkeit, Kohlenstoff an die Erdoberfläche zurückzugegeben, obwohl die Menge, die sie produzieren, weniger als ein Hundertstel der Menge an Kohlenstoffemissionen ist, die durch menschliche Aktivität verursacht werden. Heute ist der Großteil des Kohlenstoffs an der Oberfläche recycelt, aber es ist unwahrscheinlich, dass dies in der Erdgeschichte immer der Fall war.
Vulkane bilden sich auf großen Insel- oder Kontinentalbögen, wo tektonische Platten zusammenstoßen und eine Platte unter die anderen subduziert wird, wie beispielsweise die Aleutischen Inseln zwischen Alaska und Russland, die Anden von Südamerika, alle Vulkane in Italien und die Marianen im westlichen Pazifik. Diese Vulkane haben unterschiedliche chemische Fingerabdrücke: Die „Inselbogen“- Vulkane emittieren weniger Kohlenstoff, der aus Tiefen des Mantels kommt, während die Vulkane an „Kontinentalbögen“ weit mehr Kohlenstoff ausstoßen, der aus geringeren Tiefen kommt.
Über Hunderte von Millionen Jahren hat die Erde Zeiten erlebt, in denen Kontinente entweder zusammenkamen oder wieder auseinanderbrachen. In Zeiten, in denen Kontinente kollidierten, wurde die vulkanische Aktivität von den Inselvulkanen dominiert, wenn Kontinente auseinanderbrechen, dominieren kontinentale Vulkanbögen. Dieses Hin und Her ändert den chemischen Fingerabdruck von Kohlenstoff, der systematisch über die geologische Zeit an die Erdoberfläche kommt und anhand verschiedener Isotopen von Kohlenstoff und Helium gemessen werden kann.
Variationen des Isotopenverhältnisses oder des chemischen Fingerabdrucks von Kohlenstoff werden üblicherweise in Kalkstein gemessen. Forscher hatten zuvor gedacht, dass nur die Produktion von atmosphärischem Sauerstoff den Kohlenstofffingerabdruck in Kalkstein verändern könnte. Als solches wurde der Kohlenstoff-Isotopen-Fingerabdruck in Kalkstein verwendet, um die Evolution der Bewohnbarkeit der Erde zu interpretieren. Die Ergebnisse des Cambridge-Teams deuten darauf hin, dass Vulkane im Kohlenstoffkreislauf eine größere Rolle gespielt haben, als bisher gedacht wurde und dass frühere Annahmen in dieser Richtung überdacht werden müssen.
„Damit können wir die Entwicklung des Kohlenstoffzyklus grundlegend neu bewerten“, sagte Edmonds. „Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Kalkstein-Aufzeichnungen vollständig neu interpretiert werden müssen, wenn der vulkanische Kohlenstoff, der an die Oberfläche tritt, tatsächlich seine Kohlenstoffisotopenzusammensetzung ändern kann.“
Ein gutes Beispiel hierfür ist die Kreidezeit vor 144 bis 65 Millionen Jahren. Während dieser Zeitspanne gab es eine starke Zunahme des Kohlenstoff-Isotopen-Verhältnisses, das in Kalkstein gefunden wurde, was als eine Zunahme der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration interpretiert wurde. Diese Zunahme des atmosphärischen Sauerstoffs wurde kausal mit der Verbreitung von Säugetieren in der späten Kreide verbunden. Allerdings deuten die Ergebnisse des Cambridge-Teams darauf hin, dass die Zunahme des Kohlenstoff-Isotopenverhältnisses in den Kalksteinen fast vollständig auf Veränderungen in den Vulkanarten an der Oberfläche zurückzuführen sein könnte.
„Die Verbindung zwischen Sauerstoffniveaus und der Verwitterung organischen Materials erlaubte das Leben auf der Erde, wie wir es kennen, um sich zu entwickeln, aber unsere geologische Aufzeichnung dieser Verknüpfung muss neu bewertet werden“, sagte Co-Autor Dr. Alexandra Turchyn.
Veröffentlichung:
Emily Mason, Marie Edmonds, Alexandra V. Turchyn. ‘Remobilization of crustal carbon may dominate volcanic arc emissions.’ Science (2017). DOI: 10.1126/science.aan5049.
Quelle: off. Pn der Cambridge University
Pia Gaupels
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Sorry,
der Anfang stimmt. Aber die Masse des Kohlenstoff ist wohl im Kambrium in der Biosphäre gewesen, nicht heute. Heute liegt eine große Masse Kohlenstoff als Kalkstein unter der Oberfläche. Auch als Kohle etc.
Der Mensch spielt nur eine verschwindend klein Rolle in dem Spiel. Wir bessern sie Situation für das Leben etwas weil der Vulkanismus derzeit sehr schwach ist, und die natürliche Umwälzung des Kohlenstoffs der sich abgelagert hat überfällig ist. Ein weiterer Entzug von Kohlenstoff aus der Biosphäre z. B. durch absterbende Lebewesen in den Meeren könnte langfristig tödlich sein. Kohlenstoff, speziell CO2 ist die Grundlage der Photosynthese, somit der gesamten Flora und Fauna und für die Entstehung von Sauerstoff. Basis all dessen war und ist der Kohlenstoff aus dem Vulkanismus. Je mehr, desto besser für das Leben, das komplett aus Kohlenstoffverbindungen besteht, und somit Teil des planetaren Kreislaufes ist, den es z. B. auf dem Mars nicht mehr gibt, weshalb dieser jetzt auch tot ist.