8 دقیقه
حفاریهای جدید در اعماق اقیانوس اطلس جنوبی نشان داده است که رسوبات شکسته لاوا روی کف دریا مقدار بسیار بیشتری دیاکسید کربن را نسبت به انتظار دانشمندان در خود نگه میدارند. این لایههای متخلخل آوارِ آتشفشانی که به آنها «لاوا بریچیا» گفته میشود، هنگامی که آب دریا از میان خلل و فرج آنها عبور میکند و واکنشهای معدنی درونشان رخ میدهد، بهمثابه اسفنجهای طبیعی کربن عمل میکنند و دیاکسیدکربن محلول را به شکل مواد معدنی پایدار تثبیت میسازند. این فرآیند نهتنها از منظر ژئوشیمیایی اهمیت دارد، بلکه پیامدهایی برای برآوردهای جهانی بودجه کربن و فهم تاریخچه اقلیمی زمین نیز به همراه دارد.
چگونه آوار روی کف دریا به یک مخزن بلندمدت کربن تبدیل میشود
تصور کنید تودههای آوار آتشفشانی به آهستگی از شیبهای یک کوه زیرآبی به پائین سر میخورند و روی هم انباشته میشوند. در طول میلیونها سال، آن قطعات کوچک و شکننده—که به آنها بریچیا گفته میشود—انتقال یافته و روی کف دریا دفن میشوند. وقتی آب دریا از میان این توده متخلخل نفوذ میکند، با سنگهای آتشفشانی واکنش شیمیایی میدهد و مجموعهای از فرایندهای معدنی را راه میاندازد که در نهایت دیاکسیدکربن را در قالب کانیهای جامد، بهویژه کلسیمکربنات، به دام میاندازد. این فرایند شامل واکنشهای محلولسازی، تبادل یونها، رسوبگذاری کربنات و سیمانسازی است که به تدریج خلل و فرج را پر کرده و آوار را به یک سازند سختتر و پایدارتر تبدیل میکند.
پژوهشگران دانشگاه ساوتهمپتون هستههایی از سنگ به قدمت حدود شصت میلیون سال را که از عمق اقیانوس اطلس جنوبی حفر شده بود، تحلیل کردند تا میزان کربن محبوس در این فرایند را کمّیسازی کنند. این نمونهها بخشی از مأموریت بینالمللی کشف اقیانوس (IODP) در ماموریت 390 بودند و نمونهبرداری در سایت U1557 بر روی کشتی پژوهشی Joides Resolution انجام شد. ترکیب روشهای میکروسکوپی پترواگرافیک، آنالیزهای معدنی، اندازهگیری ایزوتوپی و روشهای شیمیایی شامل اسپکترومتری جرمی و XRD به پژوهشگران امکان داد تصویر دقیقی از محتوای کربنات و مکانیسمهای ذخیرهسازی بهدست آورند؛ از جمله سنجش تخلخل، نفوذپذیری و توزیع ریزساختاری که تعیینکننده ظرفیت ذخیرهسازی کربن هستند.
دکتر رزالیند کاگان در حال بررسی هستههای پوسته بالایی اقیانوسی لاوا که در مأموریت IODP 390 حفاری شدهاند. منبع عکس: الیسسا استفنز، دفتر خدمات علمی IODP JRSO
نتایج حفاری چه بود — و چرا دانشمندان شگفتزده شدند
آنالیزهای معدنی و اندازهگیریهای ژئوشیمیایی نشان میدهد که این رسوبات بریچیا بین دو تا چهل برابر بیشتر دیاکسیدکربن در خود دارند نسبت به جریانهای لاوای سالم و یکپارچه پیشین که نمونهبرداری شده بودند. علت اصلی این تفاوت در خواص فیزیکی بریچیا نهفته است: بریچیا هم متخلخل است و هم نفوذپذیر. فضاهای منفذی گسترده درون آن اجازه میدهد که آب دریا برای میلیونها سال در میان این سازند جریان یابد؛ این جریان مداوم محلولهای سرشار از یون و CO2 را میآورد و فرصت تهنشینی و رسوبگذاری کانیهای کربناتی را فراهم میکند. بهتدریج این کربناتها نقش «سیمان» را ایفا کرده و آوار را محکم میکنند و در عین حال کربن معدنی را بهصورت پایدار به دام میاندازند.
همانطور که دکتر رزالیند کاگان، نویسنده مسئول و استاد پژوهشی انجمن سلطنتی در دانشگاه ساوتهمپتون توضیح میدهد: «ما اولین هستههای این ماده را بازیابی کردیم که پس از دهها میلیون سال جابهجایی و انتقال روی کف دریا بهدست آمدهاند. این رسوبات متخلخل و نفوذپذیر ظرفیت ذخیره حجمهای بزرگی از CO2 محلول دریایی را دارند، زیرا بهتدریج توسط کانیهای کلسیمکربنات سیمانگذاری میشوند.» این نکته اهمیت دارد زیرا نشان میدهد که اغلب مطالعههای پیشین که روی جریانهای لاوای سالم تمرکز داشتند، سهم بالقوه مخازن آواری را نادیده گرفتهاند.
زمینه علمی: چرخه بلندمدت کربن و تپهریزهای میاناقیانوسی
چرخه بلندمدت کربن بر مقیاسهای زمانی زمینشناسی غلظت دیاکسیدکربن جو را کنترل میکند؛ این چرخه شامل تبادل بین درونزمین، اقیانوسها و جو است. تپهریزهای میاناقیانوسی (mid-ocean ridges) که در آن صفحات تکتونیکی از هم دور میشوند و پوسته اقیانوسی جدید تولید میشود، مقادیر عظیمی از سنگ بازالتی تولید میکنند. هنگام سرد شدن و ترکخوردن پوسته تازه تشکیلشده، آب دریا به داخل سنگها نفوذ میکند و واکنشهایی را تسهیل میکند که عناصر و کربن را بین اقیانوس و لیتوسفر جابهجا میکنند؛ فرایندهایی که شامل هیدرولیز، اکسیداسیون-کاهش و رسوبگذاری کانیها میشود.
تا پیش از این، اغلب توجه پژوهشگران روی پوسته بازالتی سالم و تغییرات در فلوهای لایهای (sheeted) و جریانهای عظیم لاوا معطوف بود. این مطالعه نشان میدهد که بریچیاهایی که بهدنبال فرسایش در دامنههای چینخوردگی تپهریزها تولید میشوند، یک مخزن کمتر شناختهشده اما مهماند. عملاً این آوار مانند یک اسفنج شیمیایی و یک کارخانه آهسته عمل میکند: آب دریا CO2 محلول را میآورد و رسوبگذاری کربنات آن را برای میلیونها سال بهصورت جامد تثبیت میکند. از نقطهنظر روششناسی، بررسی این مخازن نیازمند ترکیب سنجشهای ساختاری (مانند سیتیاسکن هسته)، میکروسکوپی الکترونی، آنالیز معدنی بهوسیله XRD و تعیین نسبتهای ایزوتوپی کربن و اکسیژن است تا منشأ و سن کربن معدنی مشخص گردد.
کشتی پژوهشی Joides Resolution. منبع عکس: دکتر رزالیند کاگان
پیامدها برای تاریخ اقلیم و بودجههای کربن
کشف اینکه بریچیا میتواند مقدار قابلتوجهی بیش از CO2 را نگه دارد، بر نحوه برآورد دانشمندان از مخزن کربن در زمین جامد تأثیر میگذارد. اگر این پدیده در مقیاس وسیع رخ دهد، چنین رسوبات آواری میتوانند بازسازیهای تمرکز اتمسفری CO2 در گذشته را تغییر دهند و مدلهای تنظیم اقلیم زمین در طول زمانهای ژئولوژیک را پالایش کنند. این موضوع هنگام مقایسه نرخهای آزادسازی CO2 آتشفشانی در نواحی تپهریزها با ظرفیت اقیانوس برای حذف و ذخیره آن بهصورت زمینشناختی اهمیت پیدا میکند؛ یعنی حضور مخازن آواری ممکن است نشانگر آن باشد که بخش بیشتری از کربن آتشفشانی بهصورت معدنی پایدار در پوسته اقیانوسی قفل شده است تا آنچه پیشتر تصور میشد.
فراتر از بازسازیهای دیرینهاقلیمی، این کشف دانش پایهای لازم برای هر گونه بررسی آتی پیرامون شبیهسازیهای ذخیرهسازی کربن در زیرسطح یا مهندسی ذخیرهسازی زمینشناختی را پالایش میکند. فرایند طبیعی—معدنیسازی هدایتشده توسط آب دریا در سنگهای نفوذپذیر—یک نمونه واقعی و کارآمد از تثبیت بلندمدت کربن ارائه میدهد که میتواند بهعنوان الگویی برای راهکارهای مبتنی بر طبیعت و فناوریهای ذخیرهسازی کربن ژئولوژیک مورد مطالعه قرار گیرد. با این حال، تفاوتهای محلی در ترکیب شیمیایی آب دریا، دما، فشار و منشأ مواد بستر میتواند نرخها و کارآیی این فرآیندها را متغیر سازد.
ماموریتِ اکتشافی چه مراحلی داشت
- حفاری و نمونهگیری هستهای در سایت IODP U1557 طی مأموریت 390، با هدف نمونهبرداری از پوسته بالایی اقیانوس و بریچیاهای مرتبط.
- آنالیزهای پترواگرافی و ژئوشیمیایی برای تعیین محتوای کربنات و برآورد ظرفیت ذخیره CO2، از جمله XRD، میکروسکوپ الکترونی روبشی، تعیین نسبتهای ایزوتوپ کربن و اکسیژن و آنالیزهای شیمیایی کمی مانند ICP-MS.
- ارزیابی مقایسهای نسبت به لاوای یکپارچه قبلی برای سنجش افزایش ذخیره کربن (بین 2 تا 40 برابر).
بینش کارشناسی
«این کشف یک شکاف مهم در فهم ما از مخازن کربن کف دریا را پر میکند»، دکتر مایا سینگ، ژئوشیمیدان دریایی در مؤسسه اقیانوسشناسی وودز هول، میگوید. «لایههای بریچیا ناهمگن و اغلب نادیده گرفته میشوند، اما آنها شبکههای منفذی وسیعی ارائه میدهند که در آنها معدنیسازی میتواند در مقیاسهای زمانی زمینشناختی ادامه یابد. گنجاندن این سازندها در بودجههای جهانی کربن دید ما را نسبت به تنظیم بلندمدت اقلیم زمین تیزتر خواهد کرد.»
در حالی که دانشمندان به نقشهبرداری تغییرات پوسته اقیانوسی و کمّیسازی کربن معدنی ادامه میدهند، این مخازن آواری بخشی حیاتی از معما خواهند بود—یادآور این نکته که قطعات کوچک سنگ، با فراهم بودن زمان و شرایط شیمیایی مناسب، میتوانند مقدار عظیمی کربن را ذخیره کنند. بررسی بیشتر توزیع جغرافیایی بریچیاها، مقیاس تهنشینی آنها و نرخهای واقعی معدنیسازی نیازمند برنامههای نمونهبرداری گستردهتر، آزمایشهای سنجشی و ادغام دادههای زمینشناسی با مدلهای ژئوشیمیایی است تا نقش آنها در چرخه بلندمدت کربن بهطور کامل درک شود.
منبع: scitechdaily
نظرات
کاووس
نکتهٔ مهم اینه که مدلهای قدیمی بودجه کربن احتمالا نیاز به بازنگری دارن. امیدوارم مطالعات گستردهتر بیان و عددها بهتر بشن
مهدی
خوبه، اما حس میکنم کمی بزرگش کردن؛ ظرفیت هست اما آیا در همه جا همینقدر مؤثره؟ شواهد منطقهای لازمِ، عجله نکنیم
لابکور
من تو کار آزمایشگاهی با سنگای متخلخل سروکار داشتم، منطقیه. ولی اندازهگیری سختن، باید نمونههای بیشتری بردارن و زمان ببینیم
توربومک
واقعاً این آمار 2 تا 40 برابر معتبره؟ من کنجکاوم که نمونهها چقدر نمایندهان، شاید دارن اغراق میکنن...
رودایکس
ظاهرا سنگای ریز میتونن کلی کربن نگه دارن، عجب! واقعاً فکرش رو نمیکردم، طبیعت همیشه یه سورپرایز داره...
ارسال نظر