Mogelijke bron van oude methaanuitbarsting geïdentificeerd – Ars Technica

Zesenvijftig miljoen jaar geleden, Triljoenen tonnen Koolstof vond zijn weg naar de atmosfeer, verzuring oceanen en ervoor zorgen dat het toch al warme mondiale klimaat nog verder opwarmt 5°C (9°F) – Een episode die bekend staat als het Paleoceen-Eoceen Thermal Maximum of PETM.

Zoals het er nu voorstaat, heeft een opwarmend klimaat het milieu op het land en op zee aangetast Zware regen En Hitte stress Plankton staat aan de basis van het voedselweb. Wilde dieren hadden een hoog percentage uitsterven En vervangen door Kleinere soortenEr vond een massale uitsterving plaats van de kleine wezens die schelpen maken en op de bodem van de zee leven. Steun het warmere klimaat Krokodillen En Cipressenmoerasbossenzoals die tegenwoordig in het zuidoosten van de Verenigde Staten worden aangetroffen, op met ijs bedekte arctische breedtegraden en toendra’s.

Waar kwam al deze koolstof vandaan?

Over de bron ervan wordt al jaren gedebatteerd, waarbij sommige wetenschappers de schuld geven aan de destabilisatie van methaanijs op de zeebodem, en anderen wijzen op wijdverspreide vulkanische activiteit in de Noord-Atlantische Oceaan destijds. Het modelleren van de koolstofisotoopovergang geeft aan uit welke koolstof deze afkomstig is Zowel organische als vulkanische bronnenMaar de relatieve verhoudingen zijn nog niet vastgesteld.

A Nieuwe studie Professor Christian Berndt van het GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research in Duitsland schrijft in het tijdschrift Nature Geoscience dat ondergronds magma methaan en kooldioxide naar buiten duwt.₂ Van mariene sedimenten naar de atmosfeer via gasexplosies die hydrothermale ontluchting worden genoemd. Berndt werkte met een internationale groep van 35 co-auteurs aan het papier.

17 jaar wachten op een afspraak

Het idee dat hydrothermische ontluchting een grote rol speelde in het PETM stamt uit 2013 2004. Seismische beelden verzameld voor olie- en gasexploratie lieten zien dat mariene sedimenten voor de kust van Noorwegen gevuld waren met duizenden PETM-verouderde kraters, en andere studies hebben soortgelijke kraters gevonden. In de buurt van Groenland. Maar seismische beelden konden het tijdstip waarop de kraters ontstonden niet met voldoende precisie vaststellen om te bepalen of ze een rol speelden bij het activeren van de PETM: “Dit was eigenlijk een vermoeden”, zei Berndt.

Om erachter te komen of de ventilatieopeningen daadwerkelijk de PETM veroorzaakten, moesten ze er monsters van nemen om ze te dateren, waarvoor diep in de zeebodem, 1,7 km onder de Atlantische Oceaan, moest worden geboord.

Dus in 2004 stelden Berndt en verschillende co-auteurs formeel een project voor om een ​​hydrothermale ventilatieopening te boren en te bemonsteren, maar ze moesten 17 jaar wachten voordat ze uiteindelijk in 2021 begonnen met boren als onderdeel van het project. Internationaal Ocean Discovery Programma (IODP). “Je moet geduld hebben”, zei Berndt.

Berndt en zijn collega’s waren aan boord van het wetenschappelijke boorschip JOIDESsolution toen het vijf putten boorde in Modgunn Vent, ongeveer 320 kilometer uit de Noorse kust. De krater bovenaan de opening is ongeveer 1,3 kilometer breed en ongeveer 80 meter diep. Onder de krater tonen seismische beelden een schoorsteenachtige voedingszone van 400 meter diep, die de krater verbindt met een laag nu bevroren magma die de ‘dorpel’ wordt genoemd.

Juiste tijd?

“Dit was interessant aan het begin van de PETM-periode”, vertelde Berndt aan Ars.

Monsters die uit de putten zijn gehaald, leveren “doorslaggevend bewijs van hydrothermale ventilatie onmiddellijk vóór het begin van de PETM-periode”, wat de “belangrijke rol” van ventilatieopeningen in de opwarming van de PETM-periode ondersteunt, zeggen Berndt en collega’s in hun artikel. Ze baseren dit op twee bewijslijnen die in het gat zijn gevonden: de wereldwijd erkende verschuiving in koolstofisotopen die kenmerkend is voor de PETM, en de aanwezigheid van een type plankton dat alleen aanwezig was tijdens de PETM.

“Wat cruciaal en preciezer is, is de excursie van koolstofisotopen,” zei Berndt.

Maar deze twee bewijslijnen komen alleen voor in de sedimenten die de krater vulden na Gevormd in het begin; Ze werden 10-15 meter boven de bodem van de krater gevonden. Deze afstand laat manoeuvreerruimte over om het gat te associëren met het begin van de PETM-periode. “Dit betekent dat het gat zich zeer kort vóór de PETM vormde en tijdens de PETM opvulde”, zei Berndt.

Professor Abe Slogs van de Universiteit Utrecht, die niet betrokken was bij het onderzoek van Berndt, is het ermee eens dat “de krater ouder is dan de PETM-periode.” Maar Slugs wijst erop dat de planktonsoorten die in deze sedimenten worden aangetroffen, overal in het PETM aanwezig waren. “De soort kan daarom geen onderscheid maken tussen het begin of de inhoud van een gebeurtenis”, zegt Slogs. Met andere woorden, de aanwezigheid van deze soort kan de tijd waarin de krater ontstond niet beperken tot minder dan een vrij groot venster.

Dus, hoe lang duurt het voordat er een gat ontstaat in een PETM-periode?

Als dit duizenden jaren geleden was geweest, zou het gas van de uitbarsting veel eerder de atmosfeer hebben bereikt en een PETM hebben veroorzaakt. Maar als de vulkaan en andere vulkanen een paar eeuwen of een paar duizend jaar geleden waren uitgebarsten, had de temperatuur kunnen stijgen.

Berndt stelt dat de 10-15 m sediment die de krater vulde vóór de isotopische verschuiving en het verschijnen van PETM-plankton slechts een korte periode vertegenwoordigt. “Het kan 200 jaar duren, misschien wel 3000 jaar, of zoiets,” voegde hij eraan toe.

Hij wijst op een voorbeeld Straalboren Het gebeurde in 1964 in de Noordzee [a] Hij zei dat een 50 meter diep gat in de Noordzee nu bijna gevuld is. Bovendien bevatten sommige van de Modgunn Vent-afzettingen jaarlijkse lagen Seizoensgebonden planktonbloei Het lijkt erop dat het inderdaad snel vol raakte.

Juiste diepte

Professor Tom Gernon van de Universiteit van Southampton, die niet betrokken was bij het onderzoek van Berndt, zei: “Het belangrijkste voordeel van dit onderzoek is dat het team op overtuigende wijze heeft aangetoond dat de ventilatieopeningen zich rond de tijd van de PETM in een vrij ondiepe waterkolom vormden. .” Ars.

Bewijs voor een ondiepe uitbarsting komt voort uit het feit dat de kratervulling veel van de aarde afkomstig materiaal en fossielen van plankton bevat die in ondiep water leefden. Maar er was geen teken van golfbeweging, dus het moet diep genoeg zijn geweest om niet door de golven te worden beïnvloed. Deze feiten stellen grenzen aan de waterdiepte bij de uitbarsting van de krater; “Misschien is 30 tot 150 meter een goede schatting”, zei Berndt.

Bovendien laten seismische beelden zien dat kort nadat de krater zich met sediment had gevuld, de zeebodem ondiep genoeg werd om door golven te worden geërodeerd, zodat deze niet veel dieper kon zijn geweest toen de krater uitbarstte.

“Waarom was dit klimaat relevant?” vroeg Berndt.

De diepte van een uitbarsting maakt een groot verschil in het effect ervan op het klimaat. Dit komt omdat methaan een krachtig broeikasgas in de atmosfeer is, en nog meer 25 keer sterker Van koolstofdioxide₂Maar het moet de atmosfeer binnendringen om het te verwarmen. Het grootste deel van het methaan dat tegenwoordig in de diepe wateren opstijgt, wordt omgezet in koolstofdioxide₂ voordat het in de atmosfeer kan ontsnappen. Voor Modgunn Vent “zal deze ondiepe waterdiepte het mogelijk maken dat het methaan rechtstreeks in de atmosfeer terechtkomt… en dat is echt het belang”, legde Berndt uit.

Als je terug in de tijd zou reizen om een ​​van deze explosies te bekijken vanuit een ventilatieopening 100 meter onder de zeespiegel, “zou je waarschijnlijk veel modderig water aan de oppervlakte zien en waarschijnlijk veel methaanbellen”, zei Berndt. Maar als de ventilatieopening slechts 30 meter diep was, zou de uitbarsting “echt de lucht in worden geschoten!” Hij zei.

Gebaseerd op het aantal ventilatieopeningen dat voorkomt in seismische gegevens aan beide zijden van de Noord-Atlantische Oceaan, schat Berndt dat er duizenden van deze ontploften aan het begin van de PETM, zodat hun cumulatieve impact op het klimaat enorm zou zijn. Sommigen van hen waren enorm – precies daar Een opening van 11 kilometer breed Voor de kust van Groenland is het zo groot als Buffalo, New York, of Savannah, Georgia.

Modellering Hoe warmte zich verspreidt vanuit ondergrondse magma-“dorpels” om gas uit sedimenten vrij te maken, laat zien dat veel ventilatieopeningen mogelijk lange tijd methaan zijn blijven vrijgeven, waardoor hun thermische effect wordt verlengd – voor “misschien wel 10.000 jaar of zo”, zei Berndt.

Het kan tientallen jaren duren voordat het debat beslecht is

Ondanks het ‘doorslaggevende’ bewijsmateriaal van Berndt en zijn collega’s zijn Gernon en Sluis niet overtuigd. “Wat betreft de potentiële belangrijke rol van hydrothermale ventilatieopeningen bij het vergroten van de opwarming van de aarde, denk ik dat de jury daar nog steeds niet over uit is”, zegt Gernon, die aan het onderzoek deelnam. Onlangs een artikel gepubliceerd Geef het bedrijf de schuld₂ Uitgezonden door een plotselinge uitbarsting van vulkanische activiteit als oorzaak. “De ventilatieopeningen waren niet de oorzaak van het begin van de PETM-periode, maar ze droegen bij aan de abnormaal lange duur van de PETM-periode”, vertelde Slugs aan Ars.

Het bemonsteren van meer ventilatieopeningen in de Noord-Atlantische Oceaan zou het debat helpen beslechten. Maar geïnteresseerde wetenschappers moesten 17 jaar wachten op deze putten en de National Science Foundation Het schip is inmiddels geannuleerd Die ze heeft opgegraven en geen vervanging gepland heeft. Verder boren kan dus tientallen jaren duren. “Het IODP is de afgelopen vijftig jaar het belangrijkste en meest succesvolle geowetenschappelijke programma ter wereld geweest, dus het zou gek zijn om het volledig te laten varen en niet te vervangen”, aldus Berndt.

Ondertussen onderzoeken andere wetenschappers momenteel gesteenten die door boorgaten zijn teruggevonden op materialen die geschikt zijn voor radiometrische datering met hoge resolutie, wat de timing van het gat beter zou kunnen beperken.

Natuurlijke aardwetenschappen, 2023. DOI: 10.1038/s41561-023-01246-8