Grandes eventos vulcânicos na história da Terra que libertaram grandes quantidades de carbono na atmosfera estão frequentemente correlacionados com períodos de graves mudanças ambientais e extinções em massa. Um novo método para estimar a quantidade e a rapidez com que o carbono foi libertado pelos vulcões poderá melhorar a nossa compreensão da resposta climática, de acordo com uma equipa internacional liderada por investigadores da Penn State e da Universidade de Oxford.



Os cientistas relatam na revista Nature Geoscience que desenvolveram uma nova técnica para estimar o excesso de mercúrio deixado no registo rochoso devido à actividade vulcânica antiga. A técnica pode estimar as emissões de carbono de grandes províncias ígneas (LIPs), eventos vulcânicos que podem durar milhões de anos e produzir magma que atinge a superfície da Terra e forma fluxos de lava com centenas de quilômetros de extensão.

"Grandes províncias ígneas são frequentemente usadas como um análogo das mudanças climáticas causadas pelo homem porque ocorrem geologicamente de forma relativamente rápida e liberam muito dióxido de carbono", disse Isabel Fendley, professora assistente de pesquisa de geociências na Penn State e principal autora do estudo. "Mas um grande desafio que abordamos com este estudo é que, até à data, tem sido realmente difícil descobrir exatamente quanto carbono foi libertado por estes vulcões."

Os pesquisadores analisaram amostras nucleares que capturam um registro de 20 milhões de anos do início do período Jurássico e descobriram que os níveis de mercúrio aumentaram durante o pico de atividade da grande província ígnea de Karoo-Ferrar e o Evento Anóxico Oceânico Toarciano associado, um período de extenso impacto ambiental. e as alterações climáticas há cerca de 185 milhões de anos.

No entanto, o total estimado de emissões de carbono utilizando os registos de mercúrio foi significativamente inferior ao que os modelos do ciclo do carbono previram que seria necessário para causar as mudanças ambientais observadas.

As descobertas sugerem que o vulcanismo desencadeou feedbacks positivos do sistema terrestre – respostas climáticas e ambientais ao aquecimento inicial que, por sua vez, produziu mais aquecimento. Estes feedbacks positivos podem ser tão importantes como as emissões primárias nestes grandes cenários de emissões de carbono, e os actuais modelos do ciclo do carbono podem estar a subestimar os efeitos de uma determinada quantidade de emissões, disseram os cientistas.

“O que isto nos mostra é que existem respostas do sistema terrestre que exacerbam os efeitos do carbono emitido pelos vulcões”, disse Fendley. "E com base em nossos resultados, esses processos de feedback são bastante importantes, mas não são bem compreendidos."

Estimativas precisas das emissões de carbono do LIP são importantes para compreender os impactos dos processos de feedback positivo e negativo do ciclo do carbono nas projeções climáticas futuras, disseram os cientistas.

“Além das mudanças climáticas históricas e da compreensão da história da vida, também é relevante para a forma como entendemos o clima da Terra e como investigamos o que acontece com o meio ambiente depois que grandes quantidades de dióxido de carbono são liberadas na atmosfera”, disse Fendley.

Estimar a quantidade de emissões de carbono associadas aos LIPs tem sido um desafio, em parte porque os cientistas têm um registo incompleto da quantidade de lava que irrompeu. O LIP Karoo-Ferrar, por exemplo, ocorreu no antigo supercontinente Gondwana, e esse material está agora espalhado por todo o hemisfério sul, abrangendo a atual África Austral, a Antártica e a Tasmânia, disseram os cientistas.

Os pesquisadores, em vez disso, recorreram ao mercúrio, que é liberado como gás durante as erupções vulcânicas, mas raramente era encontrado em altas concentrações no meio ambiente antes da atividade humana. Observando a química das rochas nas amostras principais, os cientistas foram capazes de determinar quanto mercúrio seria esperado com base nas condições ambientais e quanto extra estava presente causado pelos vulcões.

Eles desenvolveram um método para converter as mudanças medidas nas concentrações de mercúrio no volume de emissões de gás mercúrio. Usando a proporção entre as emissões de gás mercúrio e as emissões de carbono nos vulcões modernos, eles estimaram a quantidade de carbono liberada pelos vulcões antigos.

Os pesquisadores disseram que as amostras principais, do poço Mochras, no País de Gales, Reino Unido, proporcionaram uma oportunidade única para conduzir esta pesquisa. O longo registo mostrou a primeira evidência clara de que ocorreram erupções vulcânicas significativamente maiores durante este período em comparação com os 15 milhões de anos anteriores, disseram os cientistas.

"A grande quantidade de dados geoquímicos existentes do poço Mochras Farm (Llanbedr) no País de Gales, perfurado pelo British Geological Survey, além da cronologia muito bem restrita, proporcionou uma oportunidade única que permitiu esta análise", disse Fendley. "As décadas de trabalho anterior no núcleo de Mochras permitiram-nos reconstruir os fluxos de gás originais ao longo de milhões de anos, durante períodos que são alvos tradicionais para estudos paleoambientais, bem como o estado de fundo."

Outros pesquisadores neste projeto foram Joost Frieling, assistente de pesquisa de pós-doutorado, e Tamsin Mather e Hugh Jenkyns, professores da Universidade de Oxford; Michael Ruhl, professor assistente do Trinity College Dublin; e Stephen Hesselbo, professor da Universidade de Exeter.

Mais informações: Isabel M. Fendley et al, Emissões de carbono de grandes províncias ígneas do Jurássico Inferior restringidas por mercúrio sedimentar, Nature Geoscience (2024). DOI:10.1038/s41561-024-01378-5
Informações do diário: Geociências da Natureza

Fornecido pela Universidade Estadual da Pensilvânia