Eine neue Studie schreibt unser Verständnis der Kohlenstoff- und Chlorkreisläufe tief in der Erde neu

Eine aktuelle Studie des Geowissenschaftlers Dr. Chunfei Chen von der Macquarie University wirft ein neues Licht auf geologische Prozesse vor bis zu drei Milliarden Jahren und stellt einen großen Wandel im Verständnis der wissenschaftlichen Gemeinschaft über die frühe Erde dar.

Kürzlich im Magazin veröffentlicht NaturDie Forschung untersucht die transformativen Auswirkungen der allmählichen Abkühlung der Erde auf den tiefen Kreislauf von Kohlenstoff und Chlor zwischen der Erdoberfläche und ihrem Inneren.

„Die Abkühlung der Erde hat zu massiven Veränderungen in den tiefen Kreisläufen von Kohlenstoff und Chlor geführt“, sagt Dr. Chen.

Dr. Chunfei Chen führt die experimentelle Analyse durch. Bildnachweis: Macquarie University

„Heutzutage kehrt Chlor normalerweise in vulkanischen Gasen an die Oberfläche zurück, während der größte Teil des Kohlenstoffs als feste Karbonate in Tiefen von Hunderten von Kilometern eingeschlossen ist; aber bis die Erde etwa zwei Drittel ihres heutigen Alters hatte, war die Situation genau umgekehrt .

Magma dominierte die Erdoberfläche in der frühen Zeit nach der Entstehung des Planeten, aber als der Planet allmählich abkühlte, bildeten sich an der Oberfläche Krustenschichten mit einer Dicke von etwa 100 km, die im Rahmen der Plattentektonik über den Mantel glitten.

Wenn ozeanische tektonische Platten an Subduktionszonen in den Mantel zurücktauchen, könnten auch Sedimente in subozeanischen Becken in den Mantel gedrückt worden sein.

Wissenschaftler, die das Schicksal dieser Sedimente in Hochdruckschmelzexperimenten untersuchen, haben bisher durchschnittlich alle ozeanischen Sedimente verarbeitet, in denen Kohlenstoff nur einen untergeordneten Bestandteil darstellt.

Allerdings reichert sich der meiste Kohlenstoff in Karbonatablagerungen an – bekannte Beispiele für große Flächen von Karbonatablagerungen an der Oberfläche sind die Kreidefelsen von Dover oder die Dolomiten in Italien – und diese verhalten sich möglicherweise anders als kleine Kohlenstoffanteile.

Ingleborough – Karbonatablagerungen bilden die Klippen bei Dover, Großbritannien. Bildnachweis: Stephen Foley

Das Team von Dr.

Das Forschungsteam testete auch Bedingungen, die frühere heißere Perioden der langen Erdgeschichte nachahmten, und stellte fest, dass der Kalkstein zwar schmolz, die Salze jedoch nicht in der Karbonatschmelze gelöst wurden, aus der er entstand, sondern tiefer in den Erdmantel gedrückt und nicht transportiert wurden zurück an die Oberfläche. So wie sie heute sind.

„Es war faszinierend zu sehen, wie vollständig das Salz und die Verunreinigungen vom Carbonat getrennt wurden“, sagt der Zweitautor der Studie, Dr. Michael Forster, der die Proben an der Harvard University analysierte. Australische Nationaluniversität.

Dr. Forster sagt, dem Team sei ein Durchbruch gelungen, als das Elektronenmikroskop näher heranzoomte und die winzigen Versuchsstadien analysierte und eine Reihe von abgeschrecktem Glas und Salz neben sauberen Calcitkristallen zeigte.

Als sie das sahen, antwortete Chunfei aufgeregt: „Cool, interessant, das bedeutet, dass die Subduktionszonen wie ein riesiger Filter fungieren müssen, der Salz in die Tiefen der Erde gelangen lässt!“

Diese Forschung ist Teil eines größeren Projekts, das die tiefen Kreisläufe von Kohlenstoff, Stickstoff und Chlor in der Evolutionsgeschichte der Erde untersucht und vom angesehenen Professor Stephen Foley von der School of Natural Sciences der Macquarie University geleitet wird.

„Der Austausch flüchtiger Elemente wie Kohlenstoff, Chlor und Stickstoff zwischen dem tiefen Erdmantel und der Oberfläche ist der Schlüssel zur Entwicklung des Klimas, der Ozeane und allen Lebens auf der Erde“, sagt Professor Foley.

„Diese wichtige Forschung ist die erste, die die Subduktion riesiger Gebiete mit Karbonatablagerungen und nicht von dazwischenliegenden Sedimentgesteinen berücksichtigt – obwohl es realistischer ist, dass riesige Karbonatblöcke an der Plattentektonik beteiligt sind“, sagt er.

„Es ist möglich, dass diese Veränderungen im Verhalten von Chlor und Kohlenstoff im Laufe der Zeit den Salzgehalt des Meerwassers zu verschiedenen Zeiten in der Erdgeschichte beeinflussten und einen Einfluss auf die Entwicklung des Lebens auf der Erde hatten.“

Er fügt hinzu, dass diese Forschung zu einer umfassenderen Perspektive auf die Entwicklung unseres Planeten und seine genaue Wechselwirkung mit der Entwicklung des Lebens führen und uns helfen könnte, die Bedingungen auf Planeten außerhalb unseres eigenen Planeten, wie beispielsweise unserem eigenen, zu verstehen. Mars.

Referenz: „Karbonatreiche Kruste treibt tiefe Kohlenstoff-Chlor-Kreisläufe an“ von Chunfei Chen, Michael W. Forster, Stephen F. Foley und Svyatoslav S. Shika, 9. August 2023, Natur.
doi: 10.1038/s41586-023-06211-4