Zwartuzowane perydotyty płaszcza stanowią ukrytą "pułapkę" dla subdukowanego CO2

Dlaczego ukryty węgiel Ziemi ma znaczenie

Dwutlenek węgla nie krąży jedynie między atmosferą, oceanami i organizmami powierzchniowymi. Ogromne ilości są transportowane w głąb Ziemi, gdzie mogą zostać uwięzione na miliony lat, pomagając utrzymać równowagę klimatu planety. W tym badaniu przyjrzano się nietypowemu zespołowi skał w Omanie, które wydają się pochłaniać ogromne ilości węgla głęboko pod powierzchnią. Ustalenie, jak, kiedy i skąd pochodził ten węgiel, dostarcza nowych informacji na temat „brakującego” elementu długoterminowego cyklu węglowego Ziemi.

Gdzie dno oceaniczne spotyka się z głębią Ziemi

Na niektórych granicach płyt oceaniczna płyta zaginana jest i zanurza pod inną płytę w procesie zwanym subdukcją. Osady i zmieniona skorupa oceaniczna na tej płycie są bogate w minerały zawierające węgiel oraz wodne płyny. Wraz z zanurzaniem się ogrzewają się i uwalniają płyny, które mogą wznosić się do leżącego nad nimi klinu płaszczowego. W Omanie duży fragment dawnego dna oceanicznego i górnego płaszcza, zwany opiłiotem Semail, został wypiętrzony na ląd, zachowując przekrój przez dawną strefę subdukcji. W obrębie tego fragmentu badacze zbadali odwiert (Hole BT1b), który przechodzi od stosunkowo mało zmienionych skał płaszczowych do jasnych, w pełni zwęglanych skał znanych jako listwenity — które razem mogły naturalnie zgromadzić około miliarda ton CO2.

Skały opowiadające historię płynów

Gdy płyny bogate w węgiel przepływają przez gorącą skałę, pozostawiają po sobie chemiczne odciski palców. Zespół skupił się na halogenach — fluorku, chlorku, bromie i jodzie — które preferencyjnie przemieszczają się w płynach, a nie w minerałach stałych. Korzystając z precyzyjnej mikroanalizy do pomiaru tych pierwiastków w maleńkich porach serpentynu, węglanów i innych minerałów na przejściu od skał częściowo zmienionych do w pełni zwęglonych, śledzili, jak płyny się poruszały i zmieniały. Odkryli, że w miarę jak serpentynit stopniowo przekształcał się w listwenit wzbogacony w węglany, chlorki były usuwane znacznie silniej niż brom czy jod. Powstały w ten sposób ewoluujące płyny o charakterystycznych stosunkach halogenów, które można było powiązać z prawdopodobnymi źródłami głębiej w strefie subdukcji.

Śledząc drogę ukrytego węgla

Wzory halogenowe pokazują, że płyny odpowiedzialne za największą część karbonatyzacji nie były jedynie płytkimi wodami morskimi wyciskanymi z osadów. Były to raczej mieszanki pore water osadów z dodatkiem CO2‑bogatych płynów wznoszących się z głębszych części zstępującej płyty, gdzie ogrzewanie powoduje rozpuszczanie lub rozkład węglanów. Modelowanie ewolucji chemii tych płynów, koniecznej do dopasowania do danych z skał, wskazuje, że musiały one przenosić wyjątkowo duże ilości węgla w stosunku do soli. Gdy te płyny wnikały do płaszcza przedłuku — obszaru nad płytą, ale przed łukiem wulkanicznym — reagowały z perydotytami i serpentynitami, przekształcając je stopniowo w listwenit i unieruchamiając rozpuszczony CO2 w postaci stałych, stabilnych minerałów węglanowych, które mogą przetrwać w skali geologicznej.

Rozplątywanie sprzecznych zegarów

Wcześniejsze pomiary wieku żył węglanowych w podobnych skałach sugerowały, że niektóre listwenity w Omanie powstały długo po ustaniu subdukcji w tym rejonie, co sugerowało bardziej lokalne i młodsze pochodzenie płynów. Nowe badanie pokazuje, że główna faza karbonatyzacji w analizowanym odwiertie jest chemicznie powiązana z płynami związanymi z subdukcją, a nie z późniejszymi zdarzeniami. Autorzy wyróżniają dwa etapy: wczesny, bogaty w magnezyt etap związany z płynami subdukcyjnymi o jednym sygnaturze halogenowej oraz późniejszy, bardziej wapniowy etap obejmujący dolomit, który ma inną charakterystykę halogenową i prawdopodobnie odzwierciedla młodszą aktywność tektoniczną lub magmową. Młodsze datowania, jak argumentują, odnoszą się głównie do drugiego, nakładającego się epizodu, a nie do pierwotnego, szeroko zakrojonego uwięzienia węgla.

Co to oznacza dla silnika klimatu Ziemi

Łącząc chemię płynów z niezależnymi szacunkami, ile pore water ucieka z osadów na całym świecie, badacze oszacowali, że CO2‑bogate płyny przemieszczające się z głębszych poziomów płyty do płaszcza przedłuku mogły przenosić w przybliżeniu 1,7–3,4 × 10¹³ gramów węgla rocznie. To mogłoby odpowiadać dużej części — być może nawet do 90 procent — węgla wchodzącego do stref subdukcji. Innymi słowy, takie karbonatyzowane perydotyty płaszcza mogą stanowić istotny, wcześniej niedoceniany zbiornik, który zapobiega szybkiemu powrotowi dużej części subdukowanego węgla do atmosfery przez wulkany lub jego zanurzeniu w głębszym płaszczu. Ponieważ warunki tworzenia takich skał zależą od czynników takich jak temperatura, typ osadów i ustawienia tektoniczne, ta ukryta pułapka na węgiel mogła zmieniać swoją skuteczność w historii Ziemi, subtelnie wpływając na długoterminowy klimat planety.

Cytowanie: Carter, E.J., O’Driscoll, B., Burgess, R. et al. Carbonated mantle peridotites represent a hidden sink for subducted CO₂. Nat Commun 17, 3297 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-68646-3

Słowa kluczowe: węgiel w strefach subdukcji, karbonatyzacja płaszcza, listwenit, płaszczyzna przedłuku (forearc mantle), globalny cykl węglowy