Горные породы на поверхности Земли подвергаются непрерывному воздействию механических и температурных факторов, воды, атмосферных газов, солнечного света и биологических организмов. Комплекс физических и химических процессов, приводящих в результате этих воздействий к разрушению горных пород, называется выветриванием.
Особое место среди процессов выветривания занимает химическое преобразование силикатов, на долю которых приходится более 90 % минералов литосферы. Такие силикатные минералы, как кварц, оливин, полевые шпаты, слюды, пироксены и амфиболы, слагают основную массу горных пород. В результате химического выветривания, важнейшими агентами которого являются вода, а также углекислый газ и кислород атмосферы, происходит гидролиз силикатных минералов с высвобождением катионов и последующее их окисление и связывание с атмосферным СО2 с образованием новых соединений — главным образом глинистых минералов и карбонатов.
Химическое выветривание силикатных пород (силикатное выветривание) — мощнейший глобальный процесс, в результате которого происходит перераспределение основных элементов и микроэлементов в литосфере, гидросфере и атмосфере Земли, поддерживается кислотно-щелочной баланс реакций растворения-осаждения, а также обратная связь в глобальном геохимическом цикле углерода, которая стабилизирует климат планеты за счет потребления все большего количества CO2 из атмосферы по мере повышения температуры. Диоксид углерода из атмосферы, вступая в реакцию с породообразующими силикатами, превращается в растворимые бикарбонаты, которые переносятся водными потоками в океаны и там осаждаются в виде карбонатных пород, а также используются морскими организмами для построения раковин или скелетов (как в случае с кораллами). Это так называемый прямой процесс выветривания, в результате которого из атмосферы изымается углерод.
Но существуют и обратные процессы, в ходе которых океан выступает донором углерода. Например, образование аутигенных глин в океане нередко происходит с ростом кислотности и высвобождением CO2 обратно в атмосферу. Баланс между прямыми и обратными процессами зависит от условий среды, скорости привноса тех или иных реагентов, температуры и т. д. То есть, эти процессы обратимы. Тем не менее, в большинстве геохимических моделей традиционно учитывается только фактор прямого выветривания, а основную роль по возврату CO2 в атмосферу отводят не геохимическим процессам, а факторам глобальной тектоники (см. Похолодание в кайнозое могло быть вызвано эрозией гор, «Элементы», 06.06.2022).
Международная группа ученых под руководством Геррита Трапп-Мюллера (Gerrit Trapp-Müller) из Утрехтского университета (Нидерланды) обобщила эмпирические и экспериментальные данные, собранные за несколько десятилетий, и разработала математическую модель, объединяющую оба сценария на единой концептуальной основе, названной ими «континуум выветривания». Результаты опубликованы в журнале Nature Geoscience.
Источник – «Элементы»