Образцы лавовой брекчии, скреплённые белыми минералами карбоната кальция, были получены с участка IODP U1557. Эти породы, сформировавшиеся около 60 миллионов лет назад и добытые с большой глубины под океаническим дном, помогли учёным выяснить, как значительные объёмы углекислого газа могут оставаться запертыми на протяжении чрезвычайно долгих периодов времени. Исследования показали, что CO2 оказывается захваченным внутри слоёв лавового щебня, накапливающегося на морском дне.

Роль лавового щебня в хранении углекислого газа

Учёные изучили лавовые материалы, извлечённые с большой глубины под Южной Атлантикой, чтобы определить, сколько CO2 включается в эти породы в результате взаимодействия морской воды с остывающим вулканическим материалом. Исследование, проведённое Университетом Саутгемптона, показало, что скопления раздробленной лавы, образующиеся при эрозии подводных гор, служат естественными резервуарами для CO2. Впервые была чётко определена их роль как обширных структур, удерживающих углерод, что даёт новое понимание того, как Земля управляет углеродом на протяжении миллионов лет.

Лавовый щебень как долговременная геологическая «губка»

Ведущий автор исследования, доктор Розалинд Коггон, научный сотрудник Королевского общества в Университете Саутгемптона, пояснила: «Давно известно, что эрозия склонов подводных гор приводит к образованию больших объёмов вулканического щебня, называемого брекчией, аналогично осыпям на континентальных горах. Однако наши буровые работы впервые позволили получить керны этого материала после того, как он провёл десятки миллионов лет, перемещаясь по морскому дну по мере расхождения тектонических плит Земли. Важно, что керны показали: эти пористые, проницаемые отложения способны накапливать большие объёмы морского CO2, поскольку они постепенно цементируются минералами карбоната кальция, образующимися из морской воды, проходящей сквозь них».

Перемещение углерода в геологическом времени

Количество углекислого газа в атмосфере определяется медленным обменом углерода между недрами Земли, океанами и атмосферой на протяжении миллионов лет. Для понимания этого долгосрочного углеродного цикла необходимо изучать, где и как углерод добавляется или удаляется из различных частей планеты. Доктор Коггон отметила: «Океаны покрыты вулканическими породами, которые формируются на срединно-океанических хребтах, когда тектонические плиты расходятся, создавая новую океаническую кору. Эта вулканическая активность высвобождает CO2 из глубин Земли в океан и атмосферу. Однако океанические впадины — это не просто резервуар для морской воды. Морская вода течёт по трещинам в остывающей лаве миллионы лет и реагирует с породами, перенося элементы между океаном и породой. Этот процесс удаляет CO2 из воды и сохраняет его в минералах, таких как карбонат кальция, в породе».

Количественная оценка хранения CO2

В рамках проекта команда учёных количественно оценила, сколько CO2 включается в океаническую кору в результате этих химических реакций.

Открытие значительного хранения CO2 в брекчии

«Во время бурения морского дна Южной Атлантики мы обнаружили лавовый щебень, который содержал от двух до сорока раз больше CO2, чем ранее изученные лавы», — рассказала доктор Коггон. «Это исследование показало важность такой брекчии, образующейся в результате эрозии морских гор вдоль срединно-океанических хребтов, как губки для углерода в долгосрочном углеродном цикле». Эти выводы были получены в ходе экспедиции 390/393 Международной программы по изучению океана.