Monte Sumbing, un vulcano ad arco nel centro di Giava, nel 2016. Il sollevamento della roccia vulcanica nell'intero arco insulare del sud-est asiatico, a partire da 15 milioni di anni fa, innescato il raffreddamento globale e infine le calotte glaciali che coprivano gran parte del Nord America e del Nord Europa 18, 000 anni fa, secondo gli scienziati della UC Berkeley e i loro colleghi. Credito:UC Berkeley foto di Yuem Park
La calotta glaciale della Groenlandia deve la sua esistenza alla crescita di un arco di isole nel sud-est asiatico, che si estende da Sumatra alla Nuova Guinea, negli ultimi 15 milioni di anni, sostiene un nuovo studio.
Secondo un'analisi dei ricercatori dell'Università della California, Berkeley, UC Santa Barbara e un istituto di ricerca a Tolosa, Francia, mentre il continente australiano spingeva queste isole vulcaniche fuori dall'oceano, le rocce sono state esposte alla pioggia mista ad anidride carbonica, che è acido. I minerali all'interno delle rocce si sono dissolti e lavati con il carbonio nell'oceano, consumare abbastanza anidride carbonica per raffreddare il pianeta e consentire la formazione di grandi lastre di ghiaccio sul Nord America e sul Nord Europa.
"Hai la crosta continentale dell'Australia che si abbatte su queste isole vulcaniche, dandoti montagne davvero alte appena a sud dell'equatore, " ha detto Nicholas Swanson-Hysell, professore associato di scienze della terra e planetarie alla UC Berkeley e autore senior dello studio. "Così, hai questo grande aumento della superficie terrestre che è piuttosto ripida, in una regione dove è caldo e umido e molti tipi di roccia hanno la capacità di sequestrare naturalmente il carbonio".
A partire da circa 15 milioni di anni fa, questo edificio tropicale di montagna ha assorbito anidride carbonica nell'atmosfera, diminuendo la forza dell'effetto serra e raffreddando il pianeta. Circa 3 milioni di anni fa, La temperatura della Terra era abbastanza fresca da permettere a neve e ghiaccio di rimanere per tutta l'estate e di crescere in enormi lastre di ghiaccio sull'emisfero settentrionale, come quella che copre oggi la Groenlandia.
Una volta che le calotte glaciali dell'emisfero settentrionale sono cresciute, altre dinamiche climatiche hanno portato a un ciclo di massimi e minimi glaciali ogni 40, 000 a 100, 000 anni. Al più recente massimo glaciale, circa 15, 000 anni fa, enormi lastre di ghiaccio coprivano gran parte del Canada, le parti settentrionali degli Stati Uniti, così come la Scandinavia e gran parte delle isole britanniche.
"Se non fosse per il sequestro del carbonio che sta avvenendo nelle isole del sud-est asiatico, non saremmo finiti con il clima che include una calotta glaciale della Groenlandia e questi cicli glaciali e interglaciali, "Swanson-Hysell ha detto. "Non avremmo attraversato questa atmosfera di CO 2 soglia per iniziare le calotte glaciali dell'emisfero settentrionale".
La crescita e il declino periodici delle calotte glaciali settentrionali - il ciclo dei massimi e dei minimi glaciali - sono probabilmente posticipati, a causa delle emissioni umane che hanno aumentato le concentrazioni di anidride carbonica nell'atmosfera.
"Un processo durato milioni di anni che abbiamo invertito in 100 anni, "Ha detto Swanson-Hysell. "Nel corso delle prossime decine o centinaia di migliaia di anni, i processi geologici in luoghi come il sud-est asiatico ridurranno ancora una volta la CO 2 livelli nell'atmosfera, un ritmo che è frustrantemente lento quando l'umanità sta affrontando l'impatto dell'attuale riscaldamento globale".
Yuem Park, studente di dottorato dell'UC Berkeley, Swanson-Hysell e i loro colleghi, tra cui Francis Macdonald di UC Santa Barbara e Yves Goddéris di Géosciences Environnement Toulouse, pubblicheranno i loro risultati questa settimana sulla rivista Atti dell'Accademia Nazionale delle Scienze .
Come si snodano le coste e le aree delle isole nell'isola del sud-est asiatico, da Sumatra a sinistra alla Nuova Guinea a destra, sono aumentate negli ultimi 15 milioni di anni quando sono emerse dall'oceano. Un aumento significativo dell'area negli ultimi 5 milioni di anni è coincidente con il raffreddamento e l'inizio della glaciazione dell'emisfero settentrionale. Una nuova analisi indica che l'innalzamento di queste montagne tropicali ha portato a una diminuzione dell'anidride carbonica atmosferica che ha determinato questo raffreddamento. Credito:Nicholas Swanson-Hysell
L'erosione delle rocce sequestra il carbonio
I geologi hanno a lungo speculato sui processi che periodicamente riscaldano e raffreddano il pianeta, di tanto in tanto coprendo l'intero globo di ghiaccio e trasformandolo in una cosiddetta palla di neve Terra.
Una volta che gli scienziati si sono resi conto che, nel corso di milioni di anni, i processi tettonici spostano le masse di terra intorno al pianeta come enormi pezzi di un puzzle, hanno cercato una connessione tra i movimenti continentali e le collisioni e le ere glaciali. I cicli dell'orbita terrestre sono responsabili del 40, 000- o 100, Fluttuazioni di temperatura di 000 anni che si sovrappongono al riscaldamento e al raffreddamento a lungo termine.
L'ascesa dell'Himalaya in Asia alle medie latitudini negli ultimi 50 milioni di anni è stata un ottimo candidato per il raffreddamento e l'inizio di un clima glaciale dopo un lungo intervallo geologico senza calotte glaciali. Alcuni anni fa, però, Swanson-Hysell e Macdonald hanno visto una correlazione tra la costruzione di montagne nelle aree tropicali e l'inizio di intervalli di tempo con ere glaciali negli ultimi 500 milioni di anni.
Nel 2017, hanno proposto che una grande era glaciale 445 milioni di anni fa sia stata innescata dalla costruzione di montagne nei tropici, e lo hanno seguito nel 2019 con una correlazione più completa degli ultimi quattro intervalli di tempo del clima glaciale e delle collisioni tra continenti e archi insulari tropicali. Sostengono che la combinazione di una maggiore esposizione delle rocce con minerali che possono sequestrare il carbonio e un'abbondanza di piogge tropicali calde è particolarmente efficace nell'estrarre l'anidride carbonica dall'atmosfera.
Il processo prevede la dissoluzione chimica delle rocce che consumano anidride carbonica, che viene poi bloccato in minerali di carbonato che formano roccia calcarea nell'oceano. Il calcio all'interno delle conchiglie che trovi sulla spiaggia potrebbe provenire da una montagna tropicale dall'altra parte del mondo, Swanson-Hysell ha detto.
"Abbiamo creato un nuovo database di questi tipi di eventi di costruzione di montagne e poi ricostruito la latitudine a cui si sono verificati, "Swanson-Hysell ha detto. "Poi abbiamo visto, Hey, c'è molto raffreddamento quando c'è un sacco di questo tipo di montagna in costruzione ai tropici, che è l'ambiente del sud-est asiatico. Le isole del sud-est asiatico sono il miglior analogo per i processi che vediamo anche più lontano in passato".
Per il documento attuale, Parco, Swanson-Hysell e Macdonald hanno collaborato con Goddéris per modellare più precisamente quali sarebbero i livelli di anidride carbonica con i cambiamenti nelle dimensioni delle isole del sud-est asiatico.
I ricercatori hanno prima ricreato le dimensioni delle isole man mano che crescevano negli ultimi 15 milioni di anni, concentrandosi principalmente sui più grandi:Java, Sumatra, le Filippine, Sulawesi e Nuova Guinea. Hanno calcolato che l'area delle isole è aumentata da 0,3 milioni di chilometri quadrati di 15 milioni di anni fa a 2 milioni di chilometri quadrati di oggi. Eliel Anttila, studente laureato dell'UC Santa Barbara, che era uno studente universitario in scienze della terra e planetaria alla UC Berkeley ed è coautore dell'articolo, contribuito a questo aspetto della ricerca.
A sinistra:le isole del sud-est asiatico con la loro antica area più piccola (in rosso), come ricostruito dal team scientifico. Sono cresciuti fino alle dimensioni attuali negli ultimi 15 milioni di anni. A destra:l'estensione delle calotte glaciali sul Nord America durante l'ultimo massimo glaciale 18, 000 anni fa. Grandi lastre di ghiaccio nell'emisfero settentrionale si sono sviluppate per la prima volta 2,7 milioni di anni fa. Credito:Nicholas Swanson-Hysell, UC Berkeley
Hanno quindi utilizzato il modello computerizzato GEOCLIM di Godderis per stimare in che modo la crescita di queste isole ha alterato i livelli di carbonio nell'atmosfera. Insieme allo studioso postdottorato dell'UC Berkeley Pierre Maffre, che ha recentemente conseguito il dottorato di ricerca. nel laboratorio di Godderis, hanno aggiornato il modello per tenere conto dell'effetto variabile dei diversi tipi di roccia. Il modello è collegato a un modello climatico per mettere in relazione la CO 2 livelli alle temperature globali e alle precipitazioni.
Hanno scoperto che l'aumento della superficie terrestre lungo il bordo sud-est del Pacifico corrispondeva al raffreddamento globale, come ricostruito dalle composizioni isotopiche dell'ossigeno nei sedimenti oceanici. I livelli di anidride carbonica desunti dal modello corrispondono anche ad alcune stime basate su misurazioni, sebbene Swanson-Hysell ammetta che la stima della CO 2 livelli più di un milione di anni fa è difficile e incerto.
Sulla base del loro modello, l'erosione chimica nelle sole isole del sud-est asiatico ha ridotto la CO 2 livelli da più di 500 parti per milione (ppm) 15 milioni di anni fa a circa 400 ppm 5 milioni di anni fa e, finalmente, a livelli preindustriali di 280 ppm. La combustione di combustibili fossili ha ora aumentato il livello di anidride carbonica nell'atmosfera a 411 ppm, livelli che non si vedevano sulla Terra da milioni di anni.
Mentre la soglia per la glaciazione artica è stimata in circa 280 ppm di anidride carbonica, la soglia per la formazione della calotta glaciale al Polo Sud è molto più alta:circa 750 ppm. Ecco perché le calotte glaciali antartiche hanno iniziato a formarsi molto prima, circa 34 milioni di anni fa, rispetto a quelli dell'Artico.
Mentre il modello dei ricercatori non consente loro di isolare gli effetti climatici dell'ascesa dell'Himalaya, il loro scenario insulare del sud-est asiatico da solo può spiegare la comparsa delle calotte glaciali dell'emisfero settentrionale. Hanno esplorato l'effetto degli eventi vulcanici che si verificano nello stesso periodo, comprese massicce colate laviche, o basalti alluvionali, come quelli in Etiopia e Nord America (trappole colombiane). Sebbene l'erosione di tali rocce sia stata proposta come un fattore scatenante dell'era glaciale, il modello mostra che questa attività ha svolto un ruolo minore, rispetto all'ascesa delle isole del sud-est asiatico.
"Questi risultati evidenziano che lo stato climatico della Terra è particolarmente sensibile ai cambiamenti nella geografia tropicale, " concludono gli autori.
Swanson-Hysell attribuisce al Fondo Francia-Berkeley del campus la fornitura di risorse per una collaborazione iniziale con Goddéris che ha portato a una grande sovvenzione collaborativa dal programma Frontier Research in Earth Science della National Science Foundation (NSF) per proseguire ulteriormente la ricerca risultante in questo documento.
Il team franco-americano prevede di modellare altre ere glaciali passate, compreso quello del periodo Ordoviciano 445 milioni di anni fa che, nel 2017, La proposta di Swanson-Hysell e Macdonald è stata innescata da una collisione simile a quella che si verifica oggi nelle isole del sud-est asiatico. Quella collisione avvenne durante la prima fase della costruzione dei monti Appalachi, quando gli attuali Stati Uniti orientali si trovavano ai tropici.
