Por centenas de milhões de anos, o clima da Terra aqueceu e esfriou com flutuações naturais no nível de dióxido de carbono (CO₂) na atmosfera. Ao longo do século passado, os humanos elevaram os níveis de CO₂ ao seu nível mais alto em 2 milhões de anos – superando as emissões naturais – principalmente pela queima de combustíveis fósseis, causando um aquecimento global contínuo que pode tornar partes do globo inabitáveis.
O que pode ser feito? Como cientistas da Terra, analisamos como os processos naturais reciclaram o carbono da atmosfera para a Terra e de volta no passado para encontrar possíveis respostas para essa pergunta.

Nossa nova pesquisa publicada na Nature , mostra como placas tectônicas, vulcões, montanhas em erosão e sedimentos do fundo do mar controlaram o clima da Terra no passado geológico. Aproveitar esses processos pode desempenhar um papel na manutenção do clima "Cachinhos Dourados" que nosso planeta desfrutou.

Da estufa à era do gelo

Climas de estufa e de gelo existiram no passado geológico. A estufa do Cretáceo (que durou cerca de 145 milhões a 66 milhões de anos atrás) tinha níveis atmosféricos de CO₂ acima de 1.000 partes por milhão, em comparação com cerca de 420 hoje, e temperaturas até 10℃ mais altas do que hoje.

Mas o clima da Terra começou a esfriar cerca de 50 milhões de anos atrás durante a Era Cenozóica, culminando em um clima de gelo em que as temperaturas caíram para cerca de 7℃ mais frias do que hoje.

O que deu início a essa mudança dramática no clima global?

Nossa suspeita era que as placas tectônicas da Terra fossem as culpadas. Para entender melhor como as placas tectônicas armazenam, movem e emitem carbono, construímos um modelo de computador da "correia transportadora de carbono" tectônica.

A correia transportadora de carbono

Os processos tectônicos liberam carbono na atmosfera nas dorsais meso-oceânicas – onde duas placas estão se afastando uma da outra – permitindo que o magma suba à superfície e crie uma nova crosta oceânica.

Ao mesmo tempo, nas fossas oceânicas – onde duas placas convergem – as placas são puxadas para baixo e recicladas de volta para as profundezas da Terra. Na descida, eles carregam carbono de volta ao interior da Terra, mas também liberam algum CO₂ por meio da atividade vulcânica.

Nosso modelo mostra que o clima de estufa do Cretáceo foi causado por placas tectônicas em movimento muito rápido, que aumentaram drasticamente as emissões de CO₂ das dorsais meso-oceânicas.

Na transição para o clima cenozóico, o movimento das placas tectônicas desacelerou e as emissões vulcânicas de CO₂ começaram a cair. Mas, para nossa surpresa, descobrimos um mecanismo mais complexo escondido no sistema de esteiras transportadoras envolvendo construção de montanhas, erosão continental e enterro de restos de organismos microscópicos no fundo do mar.

O efeito oculto de resfriamento da desaceleração das placas tectônicas no Cenozóico

As placas tectônicas desaceleram devido a colisões, que por sua vez levam à construção de montanhas, como o Himalaia e os Alpes formados nos últimos 50 milhões de anos. Isso deveria ter reduzido as emissões vulcânicas de CO₂, mas, em vez disso, nosso modelo de esteira transportadora de carbono revelou um aumento nas emissões.

Rastreamos sua origem em sedimentos do fundo do mar ricos em carbono sendo empurrados para baixo para alimentar vulcões, aumentando as emissões de CO₂ e anulando o efeito das placas lentas.

Então, qual foi exatamente o mecanismo responsável pela queda do CO₂ atmosférico?

The answer lies in the mountains that were responsible for slowing down the plates in the first place and in carbon storage in the deep sea.

As soon as mountains form, they start being eroded. Rainwater containing CO₂ reacts with a range of mountain rocks, breaking them down. Rivers carry the dissolved minerals into the sea. Marine organisms then use the dissolved products to build their shells, which ultimately become a part of carbon-rich marine sediments.

As new mountain chains formed, more rocks were eroded, speeding up this process. Massive amounts of CO₂ were stored away, and the planet cooled, even though some of these sediments were subducted with their carbon degassing via arc volcanoes.

Rock weathering as a possible carbon dioxide removal technology

The Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) says large-scale deployment of carbon dioxide removal methods is "unavoidable" if the world is to reach net-zero greenhouse gas emissions.

The weathering of igneous rocks, especially rocks like basalt containing a mineral called olivine, is very efficient in reducing atmospheric CO₂. Spreading olivine on beaches could absorb up to a trillion tons of CO₂ from the atmosphere, according to some estimates.

The speed of current human-induced warming is such that reducing our carbon emissions very quickly is essential to avoid catastrophic global warming. But geological processes, with some human help, may also have their role in maintaining Earth's "Goldilocks" climate.

This study was carried out by researchers from the University of Sydney's EarthByte Group, The University of Western Australia, the University of Leeds and the Swiss Federal Institute of Technology, Zurich using GPlates open access modeling software. This was enabled by Australia's National Collaborative Research Infrastructure Strategy (NCRIS) via AuScope and The Office of the Chief Scientist and Engineer, NSW Department of Industry.