نمونههای سنگی ۶۰ میلیون ساله که از اعماق زیر بستر اقیانوس اطلس جنوبی استخراج شدهاند، پرده از یک فرآیند آرام اما قدرتمند اقلیمی برداشتهاند. حجم عظیمی از قطعات شکستهشده گدازه در کف اقیانوس میتواند دیاکسیدکربن را در مقیاسهای زمانی زمینشناختی برای میلیونها سال در خود حبس کند.
در یک پژوهش به رهبری دانشگاه ساوتهمپتون، دانشمندان مجموعهای از گدازههای باستانی اقیانوسی را تحلیل کردند. نتایج نشان داد تودههای سست و بسیار متخلخل که در دامنههای آتشفشانهای زیرآبی تجمع مییابند، به یک مخزن بلندمدت برای کربن منتقلشده توسط آب دریا تبدیل میشوند.
نحوه عملکرد آوارهای گدازه در بهداماندازی کربن
به گفته پژوهشگران، این نهشتهها که از نظر فنی «برشهای آتشفشانی» نامیده میشوند، مانند اسفنجهای زمینشناسی عمل میکنند.
در بازههایی به طول دهها میلیون سال، آب دریا در میان این آوارها نفوذ میکند، واکنشهای شیمیایی آغاز میشود، نهایتاً مواد معدنی کربناته بهتدریج قطعات را به هم میچسبانند و کربن در سنگ محبوس میشود.
روزلین کاگون، نویسنده اصلی مطالعه و پژوهشگر دانشگاه ساوتهمپتون، توضیح میدهد:
ما مدتهاست میدانیم که فرسایش دامنه کوههای زیرآبی حجم زیادی آوار آتشفشانی به نام برش تولید میکند، مشابه دامنههای ریزشی در کوهستانهای قارهای. اما عملیات حفاری ما برای نخستینبار هستههایی از این مواد را پس از گذر میلیونها سال و حرکت آنها بر بستر اقیانوس در اثر گسترش صفحات زمینشناختی بازیابی کرد.
او ادامه میدهد:
این یافتهها نشان داد این نهشتههای متخلخل و نفوذپذیر ظرفیت ذخیره مقادیر عظیم CO2 موجود در آب دریا را دارند، زمانی که قطعات بهوسیله مواد معدنی کربناته حاصل از جریان آب دریا در میان آنها به آرامی سیمانی میشوند.
چرخه عمیق کربن
چرخه آهسته کربن میان درون زمین، اقیانوسها، جو تعیینکننده اقلیم سیاره در مقیاس زمانی عمیق است. خطالرأسهای میاناقیانوسی هنگام جداشدن صفحات پوسته زمین، پوسته جدید اقیانوسی ایجاد میکنند، دیاکسیدکربن از گوشته آزاد میشود، وارد آب دریا و جو میشود.
اما همین پوسته، با دورشدن از خطالرأس و خنکشدن، مانند یک فیلتر شیمیایی عمل میکند. آب دریا در شکافها و فضاهای خالی نفوذ میکند، با مواد معدنی آتشفشانی واکنش میدهد، کربناتها رسوب میکنند، کربن برای میلیونها سال در داخل سنگ ذخیره میشود.
پژوهشگران هنگام حفاری در بستر اقیانوس اطلس جنوبی، به مناطقی برخورد کردند که این فیلتر طبیعی با حداکثر ظرفیت خود فعال بوده است. در مقایسه با گدازههای سالم، آوارهای گدازه مقدار بسیار بیشتری از کربنات را در خود جای داده بودند، موضوعی که نشان میدهد ساختار باز و متخلخل آنها جذب CO2 را بهطور چشمگیری افزایش میدهد.
کاگون توضیح میدهد:
اقیانوسها با سنگهای آتشفشانی پوشیده شدهاند که هنگام حرکت صفحات زمین و ایجاد پوسته جدید تشکیل میشوند. این فعالیت آتشفشانی CO2 را از اعماق زمین وارد اقیانوس و جو میکند.
او اضافه میکند:
حوضههای اقیانوسی فقط مخزن نیستند. آب دریا در شکافهای گدازه سردشده گردش میکند، با سنگ واکنش میدهد، عناصر را منتقل میکند، در نهایت CO2 را با ذخیره آن در موادی مانند کربنات کلسیم از چرخه حذف میکند.
برتری آوارهای گدازه نسبت به سنگ یکپارچه
بازالت یکپارچه نیز کربن جذب میکند، اما این فرآیند کند است، زیرا آب باید زمان طولانی صرف کند تا به سطوح واکنشپذیر دسترسی پیدا کند.
برشهای آتشفشانی متفاوت هستند. آنها زمانی شکل میگیرند که دامنههای تند آتشفشانهای زیرآبی فرو میریزد یا کوههای دریایی به تودههایی از بلوکها و خاکستر تبدیل میشوند.
این معماری، سطح داخلی بسیار گسترده و مسیرهای باز فراوانی برای گردش آب دریا ایجاد میکند. نتیجه واکنش بیشتر، کربنات بیشتر، ذخیره کربن بیشتر است.
هستههای جدید دید تازهای ارائه میکنند. کاگون میگوید:
هنگام حفاری در اعماق بستر اقیانوس اطلس جنوبی، آوارهایی یافتیم که دو تا چهل برابر بیشتر از گدازههای نمونهبرداریشده قبلی کربن داشتند.
او میافزاید:
این مطالعه اهمیت برشهایی را نشان داد که در اثر فرسایش کوههای زیرآبی در امتداد خطالرأسهای میاناقیانوسی تشکیل میشوند.
نقش پنهان پوسته اقیانوسی در اقلیم
دانشمندان مدتهاست پذیرفتهاند که پوسته اقیانوسی یک چاهک کربن است، اما عملکرد استثنایی لایههای برش کمتر شناخته شده بود.
از آنجا که این نهشتهها تقریباً در هر مکانی که آتشفشانهای زیرآبی شکل میگیرند رخ میدهند، ممکن است یک مؤلفه مهم اما دستکمگرفتهشده به بودجه بلندمدت کربن زمین اضافه کنند.
این موضوع برای بازسازی اقلیمهای باستانی، آزمون مدلهای CO2 جوی در طول زمان، درک چگونگی نقش زمین سخت در تثبیت اقلیم طی میلیونها سال اهمیت دارد.
نکته مهم این است که این فرآیند یک راهحل مهندسی سریع برای بحران کربن امروز نیست. این چرخهها در بازههای زمانی بسیار طولانی اتفاق میافتند، وابسته به حرکت صفحات، فرسایش بستر دریا، تشکیل مواد معدنی.
اما یافتههای جدید تصویر دقیقتری از نحوه تعادل طبیعی زمین میان ورودیها و خروجیهای کربن در گذشته ارائه میدهند. همچنین یک «قفسه» قدرتمند و پنهان از ظرفیت بالای ذخیرهسازی کربن در چرخه جهانی معرفی میکنند.
پنجرهای به اعماق اقیانوس
استخراج این هستهها خود یک دستاورد مهندسی بود. تیم پژوهشی توانست به نهشتههایی دست یابد که در یک خطالرأس میاناقیانوسی باستانی شکل گرفتهاند، سپس در طول میلیونها سال بر فراز صفحه مهاجر جابهجا شدهاند.
این سفر طولانی و استقامت آوارها، یک آزمایشگاه طبیعی بینظیر در اختیار دانشمندان قرار داد: یک رکورد دستنخورده از واکنشهای سنگ و سیال در بازه زمانی میلیونها سال.
این مطالعه با ترکیب ژئولوژی بستر دریا، شیمی کربناتها، فیزیک جریان سیال در محیطهای متخلخل، قطعهای جدید و زیبا به پازل اقلیم دیرینه زمین افزود.
آوارهای گدازه ممکن است چهرهای آشفته داشته باشند، اما هنگام قفلکردن کربن در سنگ، ساختاری شگفتآوراً منظم از خود نشان میدهند.
این پژوهش در نشریه Nature Geoscience منتشر شده است.
اگر به فرآیندهای زمینشناسی و نقش اقیانوسها در تنظیم اقلیم علاقهمند هستید، دیدگاه خود را در بخش نظرات با ما در میان بگذارید یا این مقاله را با دیگران به اشتراک بگذارید.
