A Föld mélyében zajló tektonikus folyamatoknak több száz millió éven át meghatározó szerepük volt az éghajlat szabályozásában, bolygónk lakhatóságának fenntartásában és az élet evolúciójában – derül ki egy új kutatásból, amely a korábbi eredményekkel szemben a hegységek egyre intenzívebb erózióját teszi felelőssé az ipari forradalmat megelőző 16 millió év lehűléséért.

A Sydney-i Egyetem geofizikusa, Dietmar Müller és kollégái a Nature-ben május végén publikált tanulmányukban egy globális lemeztektonikai és hőtani modellel tárták fel, miként befolyásolta a kőzetlemezek mozgása a Föld klímájának alakulását az elmúlt 250 millió évben, a triász időszak kezdetétől egészen napjainkig. Az általuk „tektonikus szénszállító szalagnak” nevezett mechanizmus hatalmas mennyiségű szén körforgásáért felelős a földköpeny, a felszín és a légkör között. Működésének precíz ismerete az éghajlati rendszer, és így az emberi tevékenység által okozott globális felmelegedés megértése szempontjából is rendkívül fontos.

A kutatók szerint ez a szállítószalag évente néhány centimétert halad előre, és több tízmillió évbe telhet, míg egy teljes kört megtesz, amely során a köpenyből, légkörből és óceánokból biológiailag, vagy nem életfolyamatokkal keletkező szént gyűjt be és ad le. A köpenyben tárolt szén egyrészt az óceáni hátságok (mint a Közép-Atlanti-hátság) mentén képes a felszínre eljutni, és először az óceánokba, majd a légkörbe kerül. Egy másik lehetséges út a tengeraljzati üledékrétegekkel vagy az óceáni kőzetlemezek köpenybe nyúló részein tárolódó, részben szárazföldi mállásból származó szénnel kezdődik. Ez az óceáni kőzetlemezek alábukásával (vagy szubdukciójával) jut el a köpenybe, ahonnan részben vulkáni tevékenységgel távozik is.

A kutatók szerint az éghajlat nagyon hosszú időtávokon lezajló változásaiért a szén-dioxid-szintet csökkentő szárazföldi mállás, valamint a Föld mélyéből a légkörbe távozó szén-dioxid összjátéka felelős. Utóbbira – a szén szállításáért felelős szalag befolyásolásán keresztül – kihat az óceáni hátságok évmilliók alatt változó kiterjedése, melyek mérete a triásztól a kréta időszak elejéig megkétszereződött (80 ezer kilométeresre), majd a Pangea szuperkontinens széttöredeződésével elérte mai, 60 ezer kilométeres méretét. Emellett hatással van rá a tengeraljzat-szétterülés évente 4-10 centiméter közt változó sebessége, és a köpenybe alábukó óceáni lemezek kora.

A modellnek az egykori hőmérsékletre és légköri szén-dioxid-koncentrációra vonatkozó adatokkal való összevetéséből kiderült, hogy a dinoszauruszok által uralt középidőben (mezozoikum) a lemeztektonika kulcsfontosságú hajtóereje volt az éghajlati változásoknak. A triász és jura időszakokban a fokozatosan csökkenő átlaghőmérséklet egybeesett azzal, hogy a köpenyből egyre kevesebb szén-dioxid került a felszínre az óceáni hátságokon keresztül, a mai, éves szinten 13 megatonnányihoz hasonló, 17 megatonnányi mennyiségű szén. Ez közel fele a 125 millió éves, évi 30 megatonnányi maximumnak, amihez a kutatók szerint a kréta időszaki üvegházéghajlat (greenhouse climate) kialakulása köthető, az üvegházhatású gáz révén. A maximumhoz vezető, rekordkiterjedésű hátságok és felgyorsult tengeraljzat-szétterülés nem csak a Föld hőmérsékletére hatottak ki, hanem nagy mennyiségű szenet juttattak a köpenybe, és így jelentős gyémántokat tartalmazó kimberlit-lerakódások létrejöttéhez vezettek Észak-Amerika nyugati és középső területein.

A szakemberek megállapították azt is, hogy a 66 millió évvel ezelőtti nagy kihalástól máig tartó földtörténeti újidőben (kainozoikum) kezdetben a kőzetlemezek ütközései lassították a tengeraljzat-szétterülést. Emiatt az óceáni hátságokból valamivel kevesebb szén-dioxid került a légkörbe, miközben az először 150 millió éve létrejövő tengeraljzati karbonátos üledékrétegek váltak bolygónk legnagyobb szénraktáraivá. Ennek a szénnek egy része a szubdukciós zónákon elhelyezkedő vulkáni ívek alá került, és visszajutott a légkörbe, 50 millió évvel ezelőttől kezdve egyre nagyobb mértékben. A szubdukcióhoz köthető szén-dioxid-kibocsátás 20 millió éve lekörözte az óceáni hátságokét, majd a neogén időszakban (16–2,6 millió éve) további 30 százalékkal nőtt.

Viszont a miocén közepétől kezdve a légköri szén-dioxid-szint és a globális átlaghőmérséklet is zuhanni kezdett, ami 2,6 millió évvel ezelőtt elvezetett a negyedidőszaki jégkorszak kezdetéhez. Müller és kutatótársai úgy vélik, a látszólagos ellentmondást a hegységképződés által hajtott szárazföldi szilikátásványok szén-dioxidot megkötő mállásának megnövekedése oldja fel, amit geokémiai mérések is alátámasztanak. A szakemberek eredményei ellentmondanak egy 2019-es kutatásnak, amely reaktívabb ásványok felszínre kerülésével magyarázta a történteket, a Föld mélyéből származó szén-dioxid-kibocsátás jelentős csökkenése mellett, miközben most úgy tűnik, az utóbbinak éppen az ellenkezője játszódott le. A mállás fokozódása mellett mélytengeri folyamatok, illetve a délkelet-ázsiai szigetek létrejötte is szerepet játszhatott a lehűlésben.

Müllerék a tanulmányban felvetik azt a meglepő lehetőséget is, hogy a lemeztektonika révén felszínre került szén-dioxid stabilizálta az elmúlt 15 millió évben egyre inkább eljegesedő Föld éghajlatát, így megakadályozta az eljegesedés totális elszabadulását. A kutatók által létrehozott modell a Föld mai éghajlati rendszerének vizsgálatához is releváns. A modell a lemeztektonikai folyamatok mellett a tengeraljzati üledékrétegek természetes széntárolóinak a későbbi szén-dioxid-kibocsátásban játszott kiemelt szerepét hangsúlyozza, ezáltal a „szénszállító szalag” pontosabb leírásához járulhat hozzá. Más kutatók munkájával együtt ez szerintük elvezethet olyan komplex háromdimenziós modellekig, melyek a szén körforgását összekötik a földi éghajlat és környezet múltjának és lehetséges jövőjének leírásával.

Kapcsolódó cikkek a Qubiten: