Mögliche Quelle für antiken Methanausbruch identifiziert – Ars Technica

Vor sechsundfünfzig Millionen Jahren Billionen Tonnen Kohlenstoff gelangte in die Atmosphäre, Versauerung Ozeane und führt dazu, dass sich das bereits warme globale Klima noch einmal erwärmt 5°C (9 °F) – Eine Episode, die als Paläozän-Eozän-Thermalmaximum oder PETM bekannt ist.

Nach heutigem Stand hat die Klimaerwärmung Auswirkungen auf die Umwelt an Land und auf See Starkregen Und Hitzestress Plankton ist die Basis des Nahrungsnetzes. Wildtiere hatten einen hohen Anteil an Aussterben Und ersetzen von Kleinere TypenEs gab ein Massensterben der kleinen Lebewesen, die Muscheln herstellen und auf dem Meeresgrund leben. Unterstützen Sie ein heißeres Klima Krokodile Und Zypressen-Sumpfwälderwie sie heute im Südosten der Vereinigten Staaten, in eisbedeckten arktischen Breiten und in der heutigen Tundra vorkommen.

Woher kam all dieser Kohlenstoff?

Seine Quelle wird seit Jahren diskutiert, wobei einige Wissenschaftler die Destabilisierung des Methaneises auf dem Meeresboden dafür verantwortlich machen, andere verweisen auf eine weitverbreitete vulkanische Aktivität im Nordatlantik zu dieser Zeit. Die Modellierung des Kohlenstoffisotopenübergangs gibt Aufschluss darüber, aus welchem ​​Kohlenstoff er stammt Sowohl organische als auch vulkanische QuellenDie relativen Verhältnisse sind jedoch noch nicht geklärt.

A Neue Studie Professor Christian Berndt vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Deutschland schreibt in der Zeitschrift Nature Geoscience, dass unterirdisches Magma, das Methan und Kohlendioxid ausstößt, dafür verantwortlich sei.₂ Von Meeressedimenten in die Atmosphäre über Gasexplosionen, sogenannte hydrothermale Entlüftung. Berndt arbeitete mit einer internationalen Gruppe von 35 Co-Autoren an dem Papier.

Ich warte 17 Jahre auf einen Termin

Die Idee, dass hydrothermale Entlüftung eine wichtige Rolle im PETM spielte, stammt aus dem Jahr 2013 2004. Seismische Bilder, die für die Öl- und Gasexploration gesammelt wurden, zeigten, dass die Meeressedimente vor Norwegen mit Tausenden von PETM-Kratern gefüllt waren, und andere Studien haben ähnliche Krater gefunden. In der Nähe von Grönland. Aber seismische Bilder konnten den Zeitpunkt, zu dem sich die Krater bildeten, nicht genau genug bestimmen, um festzustellen, ob sie eine Rolle bei der Auslösung des PETM spielten: „Das war im Grunde eine Vermutung“, sagte Berndt.

Um herauszufinden, ob die Entlüftungsöffnungen tatsächlich die PETM verursachten, mussten sie Proben davon entnehmen, um sie zu datieren, was eine Bohrung tief in den Meeresboden 5.600 Fuß (1,7 km) unter dem Atlantischen Ozean erforderte.

Im Jahr 2004 schlugen Berndt und mehrere Co-Autoren offiziell ein Projekt zur Bohrung und Beprobung einer hydrothermalen Quelle vor, mussten jedoch 17 Jahre warten, bevor sie im Jahr 2021 im Rahmen des Projekts endlich mit den Bohrungen begannen. Internationales Ozeanentdeckungsprogramm (IODP). „Man muss Geduld haben“, sagte Berndt.

Berndt und seine Kollegen waren an Bord des wissenschaftlichen Bohrschiffs JOIDESsolution, als dieses fünf Bohrlöcher in Modgunn Vent, etwa 200 Meilen vor der norwegischen Küste, bohrte. Der Krater an der Spitze der Öffnung ist etwa 1,3 Kilometer (4.300 Fuß) breit und etwa 80 Meter (260 Fuß) tief. Unterhalb des Kraters zeigen seismische Bilder eine kaminartige Nahrungszone in einer Tiefe von 400 Metern (1.300 Fuß), die den Krater mit einer Schicht aus jetzt gefrorenem Magma verbindet, die als „Schwelle“ bezeichnet wird.

Die passende Zeit?

„Das war zu Beginn der PETM-Zeit eine interessante Sache“, sagte Berndt gegenüber Ars.

Aus den Bohrlöchern gewonnene Proben liefern „schlüssige Beweise für hydrothermale Quellen unmittelbar vor Beginn der PETM-Periode“ und untermauern die „wichtige Rolle“ von Quellen bei der Erwärmung der PETM-Periode, sagen Berndt und Kollegen in ihrer Arbeit. Sie stützen sich dabei auf zwei im Loch gefundene Beweislinien: die weltweit anerkannte Verschiebung der Kohlenstoffisotope, die das PETM charakterisiert, und das Vorhandensein einer Planktonart, die nur während des PETM vorhanden war.

„Entscheidend und präziser ist die Kohlenstoffisotopenexkursion“, sagte Berndt.

Diese beiden Beweislinien tauchen jedoch nur in den Sedimenten auf, die den Krater füllten nach Am Anfang gebildet; Sie wurden 10-15 Meter über dem Kraterboden gefunden. Dieser Abstand lässt Spielraum für die Zuordnung des Lochs zum Beginn der PETM-Periode. „Das bedeutet, dass sich das Loch sehr kurz vor dem PETM gebildet hat und sich während des PETM gefüllt hat“, sagte Berndt.

Professor Abe Slogs von der Universität Utrecht, der nicht an Berndts Studie beteiligt war, stimmt zu, dass „der Krater älter als die PETM-Periode ist“. Aber Slugs weist darauf hin, dass die in diesen Sedimenten gefundenen Planktonarten im gesamten PETM vorhanden waren. „Die Art kann daher nicht zwischen dem Beginn oder dem Verlauf eines Ereignisses unterscheiden“, sagte Slogs. Mit anderen Worten: Das Vorkommen dieser Art kann die Zeit, in der sich der Krater gebildet hat, nicht auf weniger als ein ziemlich großes Fenster beschränken.

Wie lange dauert es also, bis sich in einer PETM-Periode ein Loch bildet?

Wäre dies vor Tausenden von Jahren geschehen, hätte das Gas seines Ausbruchs viel früher die Atmosphäre erreicht und einen PETM ausgelöst. Aber wenn der Vulkan und andere Vulkane vor einigen Jahrhunderten oder Tausenden von Jahren ausgebrochen wären, hätte dies zu einem Temperaturanstieg führen können.

Berndt argumentiert, dass die 10–15 m Sedimente, die den Krater vor der Isotopenverschiebung und dem Auftreten von PETM-Plankton füllten, nur einen kurzen Zeitraum darstellten. „Es könnte 200 Jahre dauern, vielleicht bis zu 3.000 Jahre oder so ähnlich“, fügte er hinzu.

Er verweist auf ein Beispiel Sprengbohren Es geschah 1964 in der Nordsee [a] Er sagte, dass ein 50 Meter tiefes Loch in der Nordsee inzwischen fast gefüllt sei. Darüber hinaus enthalten einige der Modgunn Vent-Lagerstätten einjährige Schichten Saisonale Planktonblüten Es scheint, dass es tatsächlich schnell voll war.

Richtige Tiefe

Professor Tom Gernon von der University of Southampton, der nicht an Berndts Studie beteiligt war, sagte: „Der Hauptfortschritt dieser Studie besteht darin, dass das Team überzeugend gezeigt hat, dass sich die Quellen etwa zur Zeit des PETM in einer ziemlich flachen Wassersäule gebildet haben.“ .“ Ars.

Hinweise auf einen flachen Ausbruch ergeben sich aus der Tatsache, dass die Kraterfüllung viel von der Erde stammendes Material und Planktonfossilien enthält, die im flachen Wasser lebten. Aber es gab keine Anzeichen einer Wellenbewegung, also musste es tief genug gewesen sein, um nicht von den Wellen beeinflusst zu werden. Diese Tatsachen begrenzen die Wassertiefe beim Ausbruch des Kraters; „Vielleicht sind 30 bis 150 Meter eine gute Schätzung“, sagte Berndt.

Darüber hinaus zeigen seismische Bilder, dass der Meeresboden kurz nach der Füllung des Kraters mit Sedimenten flach genug wurde, um von Wellen erodiert zu werden, sodass er zum Zeitpunkt des Kraterausbruchs nicht viel tiefer gewesen sein konnte.

„Warum war dieses Klima relevant?“ fragte Berndt.

Die Tiefe einer Eruption hat einen großen Einfluss auf ihre Auswirkungen auf das Klima. Dies liegt umso mehr daran, dass Methan ein starkes Treibhausgas in der Atmosphäre ist 25-mal stärker Von Kohlendioxid₂Aber es muss in die Atmosphäre gelangen, um sie zu erwärmen. Der größte Teil des heute in tiefe Gewässer aufsteigenden Methans wird in Kohlendioxid umgewandelt₂ bevor es in die Atmosphäre entweichen kann. Für Modgunn Vent „erlaubt diese geringe Wassertiefe, dass das Methan direkt in die Atmosphäre gelangt … und das ist wirklich wichtig“, erklärte Berndt.

Wenn man in die Vergangenheit reisen würde, um eine dieser Explosionen von einem Schlot 100 Meter unter dem Meeresspiegel aus zu beobachten, „würde man wahrscheinlich viel schlammiges Wasser an der Oberfläche und wahrscheinlich viele Methanblasen sehen“, sagte Berndt. Wäre der Schlot aber nur 30 Meter tief, würde die Eruption „wirklich in die Luft geschossen“ werden! Er hat gesagt.

Basierend auf der Anzahl der Schlote, die in den seismischen Daten auf beiden Seiten des Nordatlantiks auftauchen, schätzt Berndt, dass es Tausende von ihnen gab, die zu Beginn des PETM explodierten, sodass ihre kumulativen Auswirkungen auf das Klima enorm wären. Einige von ihnen waren riesig – genau dort Eine 11 Kilometer breite Öffnung Vor Grönland ist es so groß wie Buffalo, New York oder Savannah, Georgia.

Modellieren Wie sich Wärme von unterirdischen Magma-„Schwellen“ ausbreitet, um Gas aus Sedimenten freizusetzen, zeigt, dass viele Quellen möglicherweise noch lange Zeit Methan freigesetzt haben und so ihre thermische Wirkung verlängert haben – „vielleicht um die 10.000 Jahre“, sagte Berndt.

Es kann Jahrzehnte dauern, bis die Debatte beigelegt ist

Trotz der von Berndt und seinen Kollegen vorgelegten „schlüssigen“ Beweise sind Gernon und Sluis nicht überzeugt. „Was die mögliche wichtige Rolle hydrothermaler Quellen bei der zunehmenden globalen Erwärmung angeht, bin ich meiner Meinung nach noch uneinig“, sagte Gernon, der an der Studie beteiligt war. Kürzlich einen Artikel veröffentlicht Geben Sie dem Unternehmen die Schuld₂ Ausgestoßen durch einen plötzlichen Ausbruch vulkanischer Aktivität als Ursache. „Die Entlüftungsöffnungen waren nicht die Ursache für den Beginn der PETM-Periode, aber sie trugen zu der ungewöhnlich langen Dauer der PETM-Periode bei“, sagte Slugs gegenüber Ars.

Die Beprobung weiterer Quellen im Nordatlantik würde helfen, die Debatte beizulegen. Doch auf diese Brunnen und die National Science Foundation mussten interessierte Wissenschaftler 17 Jahre warten Das Schiff wurde inzwischen abgesagt Der sie ausgegraben hat und keinen Ersatz geplant hat. Weitere Bohrungen könnten also Jahrzehnte dauern. „Das IODP war in den letzten 50 Jahren das wichtigste und erfolgreichste Geowissenschaftsprogramm der Welt, daher wäre es verrückt, es komplett aufzugeben und nicht zu ersetzen“, sagte Berndt.

Unterdessen untersuchen andere Wissenschaftler derzeit durch Bohrlöcher geborgenes Gestein auf Materialien, die für eine hochauflösende radiometrische Datierung geeignet sind, was den Zeitpunkt der Bohrung besser bestimmen könnte.

Natürliche Geowissenschaften, 2023. DOI: 10.1038/s41561-023-01246-8