고대 메탄 폭발의 가능한 원인 확인 – Ars Technica

5억 6백만년 전, 수조 톤 탄소가 대기 중으로 유입되는 것을 발견했습니다. 산성화 이미 따뜻했던 지구 기후를 또 다른 양만큼 온난화하게 만듭니다. 5°C (9°F) – 팔레오세-에오세 열 최대치 또는 PETM으로 알려진 에피소드입니다.

오늘날의 기후 온난화는 육지와 바다의 환경에 영향을 미쳤습니다. 폭우 그리고 열 스트레스 플랑크톤은 먹이사슬의 기초에 있습니다. 야생동물의 비율이 높았다. 소멸 그리고 교체 ~에 의해 더 작은 유형바다 밑바닥에서 조개껍질을 만들고 살아가는 작은 생물들의 대량 멸종이 일어났습니다. 더 더운 기후 지원 악어 그리고 사이프러스 습지 숲오늘날 미국 남동부, 오늘날 얼음으로 덮인 북극 위도 및 툰드라에서 발견되는 것과 같은 것입니다.

이 탄소는 모두 어디서 왔는가?

그 원인은 수년 동안 논쟁이 되어 왔으며 일부 과학자들은 해저에 있는 메탄 얼음의 불안정성을 비난하고 다른 일부는 당시 북대서양에서 광범위한 화산 활동을 지적했습니다. 탄소 동위원소 전이 모델링은 그것이 발생한 탄소를 나타냅니다. 유기 및 화산 소스 모두그러나 상대적인 비율은 확정되지 않았습니다.

ㅏ 새로운 연구 Nature Geoscience 저널에 기고한 독일 GEOMAR Helmholtz 해양 연구 센터의 Christian Berndt 교수는 지하 마그마가 메탄과 이산화탄소를 밀어내는 것을 비난합니다.₂ 열수 배출이라고 불리는 가스 폭발을 통해 해양 퇴적물에서 대기로. Berndt는 이 논문에 대해 35명의 공동 저자로 구성된 국제 그룹과 협력했습니다.

약속을 위해 17년을 기다렸다

열수 분출이 PETM에서 중요한 역할을 한다는 생각은 2013년으로 거슬러 올라갑니다. 2004년. 석유 및 가스 탐사를 위해 수집된 지진 영상에 따르면 노르웨이의 해양 퇴적물은 수천 개의 PETM 노화 분화구로 채워져 있으며 다른 연구에서도 유사한 분화구가 발견되었습니다. 그린란드 근처. 그러나 지진 영상은 크레이터가 PETM을 촉발시키는 역할을 했는지 여부를 판단할 만큼 정밀하게 분화구가 형성된 시기를 정확히 찾아낼 수 없었다. “이것은 기본적으로 추측이었습니다.”라고 Berndt는 말했습니다.

분출구가 실제로 PETM을 유발했는지 알아보기 위해 그들은 연대 측정을 위한 샘플을 얻어야 했으며, 이를 위해서는 대서양 아래 1.7km(5,600피트) 깊은 해저에 시추 작업이 필요했습니다.

그래서 2004년에 Berndt와 몇몇 공동 저자들은 열수 분출구를 뚫고 샘플링하는 프로젝트를 공식적으로 제안했지만 프로젝트의 일환으로 마침내 2021년에 시추 작업을 시작하기까지 17년을 기다려야 했습니다. 국제 해양 발견 프로그램(IODP). Berndt는 “인내심을 가져야 합니다.”라고 말했습니다.

Berndt와 그의 동료들은 노르웨이 해안에서 약 200마일 떨어진 Modgunn Vent에서 5개의 유정을 시추하는 과학 시추선 JOIDESsolution에 탑승했습니다. 개구부 상단에 있는 분화구의 폭은 약 1.3km(4,300피트)이고 깊이는 약 80m(260피트)입니다. 분화구 아래에 있는 지진 영상에는 400미터 깊이의 굴뚝 모양의 공급 구역이 표시되어 있으며, 이는 분화구를 “창턱”이라고 불리는 현재 얼어붙은 마그마 층과 연결하고 있습니다.

시간이 맞나요?

Berndt는 Ars에 “이것은 PETM 기간 초기에는 흥미로운 일이었습니다.”라고 말했습니다.

우물에서 회수된 샘플은 “PETM 기간이 시작되기 직전 열수 배출에 대한 결정적인 증거”를 제공하며 이는 PETM 기간의 온난화에서 열수 배출구의 “주요 역할”을 뒷받침한다고 Berndt와 동료들은 논문에서 밝혔습니다. 그들은 구멍에서 발견된 두 가지 증거, 즉 PETM을 특징으로 하는 탄소 동위원소의 세계적으로 인정된 변화와 PETM 동안에만 존재했던 일종의 플랑크톤의 존재에 근거하여 이를 근거로 삼았습니다.

Berndt는 “중요하고 더 정확한 것은 탄소 동위원소 이동입니다.”라고 말했습니다.

하지만 이 두 줄의 증거는 분화구를 채운 퇴적물에서만 나타납니다. ~ 후에 태초에 형성됨; 그들은 분화구 바닥에서 10-15m 떨어진 곳에서 발견되었습니다. 이 거리는 구멍을 PETM 기간의 시작과 연관시키는 조작의 여지를 남깁니다. Berndt는 “이것은 구멍이 PETM 직전에 형성되었고 PETM 중에 채워졌다는 것을 의미합니다.”라고 말했습니다.

Berndt의 연구에 참여하지 않은 Utrecht University의 Abe Slogs 교수는 “분화구는 PETM 기간보다 오래되었다”는 데 동의합니다. 그러나 Slugs는 이러한 퇴적물에서 발견된 플랑크톤 종이 PETM 전체에 존재했다고 지적합니다. “따라서 종은 사건의 시작과 본문을 구별할 수 없습니다.”라고 Slogs는 말했습니다. 즉, 이 종의 존재는 분화구가 형성되는 시간을 상당히 큰 창보다 작게 좁힐 수 없습니다.

그렇다면 PETM 기간에 구멍이 형성되기까지 얼마나 걸리나요?

이것이 수천년 전이었다면, 폭발로 인한 가스는 PETM을 유발하기 위해 훨씬 더 일찍 대기에 도달했을 것입니다. 그러나 만약 그 화산과 다른 화산들이 몇 세기 또는 몇 천년 전에 폭발했다면 온도가 상승했을 수 있습니다.

Berndt는 동위원소 이동과 PETM 플랑크톤의 출현 이전에 분화구를 채웠던 10-15m의 퇴적물은 단지 짧은 시간에 불과하다고 주장합니다. 그는 “200년, 어쩌면 최대 3,000년, 또는 그와 유사한 기간이 걸릴 수 있다”고 덧붙였다.

그는 한 가지 예를 지적한다 폭발 드릴링 1964년 북해에서 일어난 일이다. [a] 그는 북해에 있는 깊이 50m의 구멍이 이제 거의 채워졌다고 말했습니다. 또한, Modgunn Vent 매장지 중 일부에는 연간 층이 포함되어 있습니다. 계절 플랑크톤 꽃 정말 빨리 채워지는 것 같았어요.

올바른 깊이

Berndt의 연구에 참여하지 않은 Southampton 대학의 Tom Gernon 교수는 다음과 같이 말했습니다. “이 연구의 주요 진전은 팀이 PETM 시기에 상당히 얕은 물기둥에서 통풍구가 형성되었다는 것을 설득력 있게 보여준 것입니다. .” 아르스.

얕은 폭발에 대한 증거는 분화구 충전물에 지구 유래 물질과 얕은 물에 살았던 플랑크톤 화석이 많이 포함되어 있다는 사실에서 나옵니다. 하지만 파도가 움직일 흔적은 전혀 없었으니 파도의 영향을 받지 않을 만큼 수심이 깊었을 것입니다. 이러한 사실은 분화구가 폭발할 때 물의 깊이에 제한을 둡니다. Berndt는 “아마도 30~150미터 정도가 좋은 추정치일 것입니다.”라고 말했습니다.

더욱이 지진 영상을 보면 분화구에 퇴적물이 가득 차자마자 해저가 파도에 의해 침식될 정도로 얕아졌기 때문에 분화구가 폭발했을 때 그 깊이는 그다지 깊지 않았을 것으로 보인다.

“이 기후가 왜 관련이 있었나요?” 베른트가 물었다.

폭발의 깊이는 기후에 미치는 영향에 큰 차이를 만듭니다. 이는 메탄이 대기 중 강력한 온실가스이기 때문입니다. 25배 더 강해졌습니다 이산화탄소의₂하지만 따뜻하게 하려면 대기로 들어가야 합니다. 오늘날 심해로 상승하는 메탄의 대부분은 이산화탄소로 전환됩니다.₂ 대기권으로 빠져나가기 전에요. Modgunn Vent의 경우, “이러한 얕은 수심으로 인해 메탄이 대기 중으로 직접 도달할 수 있으며 이것이 정말 중요합니다”라고 Berndt는 설명했습니다.

Berndt는 해수면 100m 아래의 통풍구에서 이러한 폭발 중 하나를 보기 위해 시간을 거슬러 올라가면 “아마도 표면에 진흙탕 물과 메탄 거품이 많이 보일 것”이라고 말했습니다. 그러나 분출구의 깊이가 30미터에 불과하다면, 폭발은 “정말로 공중으로 날아올랐을 것”입니다! 그는 말했다.

Berndt는 북대서양 양쪽의 지진 데이터에 나타나는 분출공 수를 기반으로 PETM이 시작될 때 수천 개의 분출구가 분출되었으므로 기후에 대한 누적 영향이 엄청날 것이라고 추정합니다. 그들 중 일부는 거대했습니다 – 바로 거기에 있습니다 폭 11km의 개구부 그린란드를 벗어나면 뉴욕주 버팔로나 조지아주 사바나 정도의 크기입니다.

모델링 지하 마그마의 열이 퇴적물에서 가스를 방출하기 위해 확산되는 방식은 많은 분출구가 오랫동안 계속해서 메탄을 방출하여 열 효과를 연장했을 수 있음을 보여줍니다. “아마도 10,000년 정도” 동안 Berndt는 말했습니다.

논쟁을 해결하는 데 수십 년이 걸릴 수 있습니다

Berndt와 그의 동료들이 제시한 “결정적인” 증거에도 불구하고 Gernon과 Sluis는 확신하지 못했습니다. 연구에 참여한 Gernon은 “지구 온난화를 증가시키는 열수 분출공의 잠재적인 주요 역할에 대해 배심원단은 아직 결정을 내리지 못했다고 생각합니다.”라고 말했습니다. 최근 논문을 발표했습니다. 회사를 탓하라₂ 급격한 화산 활동이 원인으로 방출됩니다. “분출구는 PETM 기간이 시작된 원인은 아니지만, PETM 기간이 비정상적으로 길어지는 데 기여했습니다.”라고 Slugs는 Ars에 말했습니다.

북대서양에서 더 많은 통풍구를 샘플링하면 논쟁을 해결하는 데 도움이 될 것입니다. 그러나 관심을 가진 과학자들은 이 우물을 찾기 위해 17년을 기다려야 했고 국립과학재단(National Science Foundation)은 이후 선박이 취소되었습니다. 누가 파냈는데 교체할 계획이 없나요? 따라서 추가 시추에는 수십 년이 걸릴 수 있습니다. Berndt는 “IODP는 지난 50년 동안 세계에서 가장 중요하고 성공적인 지구과학 프로그램이었기 때문에 이를 완전히 포기하고 대체하지 않는 것은 미친 짓일 것입니다.”라고 말했습니다.

한편, 다른 과학자들은 현재 시추공으로 회수된 암석에서 고해상도 방사성 연대 측정에 적합한 물질을 조사하고 있는데, 이는 구멍의 시기를 더 잘 제한할 수 있습니다.

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