Възможни причини за бързото намаляване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата на древната Земя

Ако погледнете научни данни с информация за съдържанието на въглероден диоксид в земната атмосфера, можете да видите периоди с рязко увеличение и също толкова рязко намаляване на концентрацията на този парников газ.

Днес в атмосферата има само 0,03% CO2. Но нивото се покачва, уж поради антропогенното въздействие на индустрията и транспорта. Има данни, че до 2024 г. концентрацията на въглероден диоксид в земната атмосфера е достигнала 0,0427%, така че климатът става по-топъл на някои места и по-горещ на други.

Но в тази статия няма да обсъждаме влиянието на CO2 върху климата, а възможните причини, поради които концентрацията на въглероден диоксид в древната атмосфера на Земята се увеличава и намалява.

Възрастите на епохите, когато са настъпили промени в концентрацията на CO2 на графиката по-горе, могат да се третират като събития, но датирането, разбира се, може да бъде условно. И ако увеличаването на концентрацията може да се свърже с мащабни емисии на газове от някое мощно вулканично изригване или от много вулкани едновременно, тогава какво ще кажете за рязкото намаляване на концентрацията на CO2?

Учените представят графиката на промените в концентрацията на CO2 през последните 800 хиляди години, както следва:

Както можете да видите, от края на последния ледников период не е имало подобни скокове, резки увеличения и намаления на концентрацията на CO2 в атмосферата.

Нека разгледаме няколко предположения, версии или хипотези за причините за подобни промени. Между другото, всяка версия, която може да бъде доказана или опровергана с факти, може да се нарече научна хипотеза. Непроверимите и недоказуемите версии си остават такива.

1. Спадане на атмосферното налягане и плътност

Рязко намаляване на концентрацията на въглероден диоксид в атмосферата може да настъпи при понижаване на атмосферното налягане. Намаляване на налягането може да е настъпило например след падането на голям астероид. Когато по-голямата част от въздуха беше изхвърлен в космоса.

Между другото, внезапното настъпване на студено време и замръзването на мамути и други мегафауни в арктическите ширини може да се случи по тази причина - налягането рязко спадна. И когато газът се разширява рязко, той се охлажда. Това е законът на Бойл от физиката: при постоянна температура и маса на газ, произведението от неговото налягане и обем е постоянно. Когато налягането и обемът се променят, температурата също се променя.

Обемът на атмосферата може да се е увеличил с разширяването на Земята.

Тази версия изглежда като фантастично изобретение в очите на учените, но именно този модел обяснява много противоречия, включително младата океанска кора и съвпадението на контурите на континентите.

Възможно е процесът да е бил цикличен. По времето на динозаврите е имало по-плътна атмосфера с висока концентрация на CO2. Това доведе до бърз растеж на растителността и увеличаване на размера на тялото сред фауната.

По време на разширяването на Земята имаше и отделяне на CO2 от дълбините, дегазиране през вулкани и разломи и концентрацията се увеличи. Виждаме това в пиковете на тези стойности в графиките. Но рязкото разширяване на Земята и също толкова рязкото спадане на налягането доведоха до изчезването на мегафауната.

2. Бърз растеж на растителността с абсорбиране на CO2

Няма да разглеждаме в детайли традиционния модел, който обяснява колебанията на CO2 в древната атмосфера. Това е бърз растеж на растителността, водещ до намаляване на концентрацията на въглероден диоксид. А повишаването на концентрацията е следствие от дейността на вулканите, които изхвърлят милиони тонове различни газове.

Оказва се, че има и друг механизъм за абсорбиране на въглероден диоксид от атмосферата. От снимката по-горе можете да видите, че са включени варовик и океанска вода.

3. Абсорбция на CO2 от течни скали и вода на световния океан, които са излезли на повърхността

Не всеки знае, че въглеродният диоксид се абсорбира активно от водата на моретата и океаните. CO2, когато се разтвори във вода, се превръща във въглена киселина. Разбира се, този процес не е толкова активен, иначе водата в езерата и моретата би била кисела.

Учените предполагат, че активният процес на абсорбиране на въглероден диоксид от атмосферата е започнал в периода, когато водата се е появила на повърхността на Земята. А преди това парциалното налягане на CO2 бързо нарастваше. Това е ясно показано на графиките:

Ако не беше водата, атмосферата на Земята би била подобна на тази на Венера, където съдържанието на въглероден диоксид е 96,5%, а атмосферното налягане е 9,3 MPa (93 бара), 92 пъти по-високо от това на Земята.

Най-вероятно Венера е Земята в ранните етапи на геоложко развитие. Ако там се появи вода, ще започне абсорбцията на CO2.

Може би спадовете в концентрациите на въглероден диоксид са периоди на увеличен обем на повърхностните води или увеличаване на площта на световните океани. Наводнения, просто казано. Водата изплува от дълбините и започна активно да абсорбира CO2. Върна се назад - концентрацията на въглероден диоксид се увеличи.

Също така нивото на абсорбция на въглероден диоксид се увеличава с повишаване на температурата на водата. Ако водата излезе гореща, тогава абсорбцията на CO2 е много по-интензивна.

Къде отива въглеродният диоксид във водата след това? В края на краищата, в продължение на милиони и дори милиарди години, световните океани трябваше да се превърнат в саламура от въглена киселина! Абсорбира се от минерали, базалти, варовик и силикати. Ето диаграма на цикъла на въглеродния диоксид през литосферата.

Една от често срещаните химични реакции изглежда така:

Наред с натрия участват още калций и магнезий. Имайте предвид, че реакцията произвежда силициев диоксид, кварц или пясък. Това ли е причината на места да са се образували огромни пясъчни наноси? Друго алтернативно обяснение за образуването на пясък е изгарянето на силани.

Известно е, че разтворът на варова основа се втвърдява при контакт с въглероден диоксид във въздуха. Тези реакции могат да бъдат представени по следния начин:

Абсорбцията на CO2 по-конкретно с имената на минералите може да бъде показана в следните формули:

За повече информация относно дегазирането на въглероден диоксид и абсорбцията му от атмосферата ви предлагам да прочетете тази кратка   научна статия .

Оказва се, че абсорбцията на въглероден диоксид от водата е постоянна, поради което океанът на чумата не се е подкиселил. Тогава, за толкова дълъг геоложки период, трябва да са се натрупали милиарди тонове скали и минерали, които са абсорбирали CO2. Това е точно така.

Скалите на Южен Дорсет, Англия

Смята се, че това са отлагания, образувани на морското дъно, че това са останки от морски обитатели (техните черупки). Но откъде мекотелите са получили толкова много калциеви съединения във водата? По-логичен модел би бил този, при който тези карбонати са се образували в процеса на абсорбиране на въглероден диоксид от калциев хидроксид (варовита вода) и утаяване на калциев карбонат. Това може да се случи не само в морето, но и на сушата, когато водата извира от извори.

Този процес протича естествено през геоложки периоди от време и е отговорен за образуването на по-голямата част от варовика на повърхността на Земята.

Карбонатната минерализация е улавяне на въглерод. Този процес се случва естествено и е отговорен за отлагането и натрупването на варовик през геоложкото време. Въглеродната киселина в подземните води бавно реагира със сложни силикати, разтваряйки калций, магнезий, основи и силициев диоксид и оставяйки утайка от глинести минерали. Разтворените калций и магнезий реагират с бикарбонат, за да образуват калциеви и магнезиеви карбонати.

Това пише в английската версия на Wikipedia. Но в нашите учебници продължават да излъчват модела на биогенния произход на такива варовикови слоеве, т.е. от миди.

Този процес все още продължава. Много хора познават мястото Пумукале в Турция.

Това са изводи за варовита вода. Когато калциевият хидроксид влезе в контакт с CO2, се образува неразтворима калциева карбонатна сол, която се отлага в такива фантастични пейзажи. Това място е абсорбцията на CO2 от атмосферата в реално време.

Други съединения, които са част от скалите, също могат да абсорбират въглероден диоксид. Особено в пресни скали, които току-що са били изцедени от планинското строителство или които са се разпространили по повърхността. Наричам ги пресилено – геобетон. Те също се втвърдиха и придобиха сила чрез абсорбиране на CO2 от въздуха. Примерът с каменните пътища и коловози на много места по планетата е доказателство за това.

Сега става ясно как тези предишни пластични каменни маси са успели да се вкаменят толкова бързо и каменната пътека не е била отмита от дъждовете. Не са нужни милиони години. Пластмасовата маса придобива здравина по същия начин при изграждането на мегалитна зидария в Перу.

Но да се върнем на абсорбцията на въглероден диоксид. Оказва се, че има проекти за използване на CO2 чрез инжектиране на този парников газ в скални слоеве или в дъното на океански ровове. Един пример е следният:

Съвсем наскоро исландска компания, наречена Carbfix, основана през 2007 г., разработи метод за съхранение на CO2 чрез разтварянето му във вода и инжектирането му в базалтова скала. Веднъж попаднал под повърхността, инжектираният CO2 реагира със скалата на перките, образувайки стабилни карбонатни минерали, което осигурява постоянно съхранение на инжектирания CO2.

Резултатите от пилотния проект са следните. Около 200 тона CO2 бяха инжектирани в подземни базалти при първото инжектиране в югозападна Исландия през 2012 г. Резултатите от изследването, публикувани през 2016 г., показаха, че 95% от инжектирания CO2 се втвърдява в калцит в рамките на 2 години, като се използват 25 тона вода на тон CO2.

По-късно проби от ядки бяха пробити и взети от тази млада скала:

Изображение на калцит, образуван в базалт при взаимодействието на вода с CO2

Различни метални йони в минералите се превръщат в карбонати: Ca2+, Mg2+, Fe2+(aq) + CO32-(aq) → CaCO3 (s), MgCO3 (s), FeCO3. Експертите изчисляват, че сондирането и инжектирането на газирана вода под високо налягане в базалтови скали ще струва по-малко от 25 долара на тон. Вярно, този процес започна да причинява малки земетресения.

Веднъж беше предложено, че CO2 може да бъде изолиран в океаните чрез директно инжектиране в дълбокия океан. Когато CO2 се инжектира на дълбочина над 2700 метра, под високо налягане въглеродният диоксид ще има по-голяма плътност от морската вода и ще потъне на дъното. Там той реагира с базалтови минерали. От около 2001 г. обаче интересът към този метод за съхранение на въглерод е намалял поради опасения за неизвестни въздействия върху морския живот.

Ето как те искат да изхвърлят предполагаемия излишен въглероден диоксид от атмосферата, предотвратявайки глобалното затопляне.

Какъв извод може да се направи? Концентрацията на CO2, този парников газ, в атмосферата може бързо да намалее поради увеличаването на обема на водата на земната повърхност и освобождаването на разтворени минерали (варовита вода) на повърхността, изстисквайки пластмасовите скали. И, съдейки по графиката в началото на статията, сега живеем в спокойно геоложко време. Ето защо няма пластичен геобетон; всичко това придоби сила чрез абсорбиране на CO2, за да образува карбонати.