Volcans, la collision et la propagation des plaques continentales et océaniques, et d'autres phénomènes réétudiés avec des outils high-tech innovants, fournir de nouvelles informations importantes sur les rouages ​​les plus intimes de la Terre, disent les scientifiques.

Se préparant à résumer et à célébrer les 10 ans du programme Deep Carbon Observatory à la National Academy of Sciences, Washington DC, 24-26 octobre, L'équipe Réservoirs et Flux de DCO, composée de 500 membres, a présenté aujourd'hui plusieurs découvertes clés qui s'étendent du présent à des milliards d'années; du noyau terrestre à son atmosphère, et en taille des volcans simples aux cinq continents.

Parmi de nombreux résultats de grande envergure, décrites et résumées dans une série d'articles publiés dans la revue Éléments:

• Seulement deux dixièmes de 1% du carbone total de la Terre - environ 43, 500 gigatonnes (Gt) - est au-dessus de la surface dans les océans, sur terre, et dans l'atmosphère. Le reste est souterrain, y compris la croûte, manteau et noyau - environ 1,85 milliard de Gt au total
• CO 2 aujourd'hui dégazé dans l'atmosphère et les océans par les volcans et autres régions magmatiquement actives est estimé à 280 à 360 millions de tonnes (0,28 à 0,36 Gt) par an, y compris celle rejetée dans les océans par les dorsales médio-océaniques
• Les émissions annuelles de carbone de l'humanité par la combustion de combustibles fossiles et de forêts, etc., sont 40 à 100 fois plus importantes que toutes les émissions volcaniques
• Le cycle profond du carbone de la Terre à travers le temps profond révèle un équilibre, stabilité à long terme du CO atmosphérique 2 , ponctué de grosses perturbations, y compris immense, libérations catastrophiques de magma qui se sont produites au moins cinq fois au cours des 500 derniers millions d'années. Lors de ces événements, d'énormes volumes de carbone ont été dégazés, conduisant à une atmosphère plus chaleureuse, océans acidifiés. et extinctions massives
• De la même manière, un impact de météore géant il y a 66 millions d'années, la grève des bolides de Chicxulub sur la péninsule du Yucatan au Mexique, sorti entre 425 et 1, 400 Gt de CO 2 , réchauffa rapidement la planète et coïncida avec la masse (> 75%) extinction des plantes et des animaux, y compris les dinosaures. Au cours des 100 dernières années, les émissions provenant d'activités anthropiques telles que la combustion de combustibles fossiles ont été 40 à 100 fois supérieures aux émissions géologiques de carbone de notre planète
• Un changement dans la composition des gaz volcaniques du dioxyde de soufre (SO2) malodorant (semblable à des allumettes brûlées) à un gaz plus riche en inodore, CO incolore 2 peut être détecté par des stations de surveillance ou des drones pour prévenir d'une éruption - parfois des heures, parfois des mois à l'avance. Les systèmes d'alerte précoce aux éruptions avec surveillance en temps réel progressent pour exploiter le CO 2 à la découverte du rapport SO2, reconnu pour la première fois avec certitude en 2014

Selon la scientifique DCO Marie Edmonds de l'Université de Cambridge, Royaume-Uni :« Le carbone, la base de toute vie et la source d'énergie vitale pour l'humanité, traverse cette planète de son manteau à l'atmosphère. Pour assurer un avenir durable, il est de la plus haute importance que nous comprenions l'ensemble du cycle du carbone de la Terre."

« La clé pour démêler le cycle naturel du carbone de la planète est de quantifier la quantité de carbone qu'il y a et où, combien se déplace - le flux - et à quelle vitesse, des réservoirs Deep Earth à la surface et vice-versa."

Ajoute son collègue Tobias Fischer de l'Université du Nouveau-Mexique, États-Unis :"Le Deep Carbon Observatory a fait progresser la compréhension du fonctionnement interne de la Terre. Son ensemble de plus de 1 500 publications a non seulement augmenté ce qui est connu, mais a établi des limites à ce qui est connaissable, et peut-être inconnaissable."

"Alors que nous célébrons le progrès, nous soulignons que la Terre profonde reste une frontière scientifique hautement imprévisible; nous n'avons vraiment commencé qu'à repousser les limites actuelles de nos connaissances."

Combien de carbone la Terre contient-elle ?

Les scientifiques savent depuis longtemps que le carbone à l'intérieur de la Terre existe sous la forme d'un éventail diversifié de solides, fluides, et des gaz. Certains de ces matériaux impliquent des combinaisons de carbone et d'oxygène (par exemple, le dioxyde de carbone), avec du fer (par exemple, carbures), avec de l'hydrogène (par exemple, kérogène, charbon, pétrole, et le méthane), et d'autres éléments (par exemple, silicium, soufre, et de l'azote), en plus du carbone élémentaire (par exemple, graphite et diamant).

Les scientifiques du Deep Carbon Observatory soulignent que la connaissance du carbone total dans le manteau inférieur et le noyau est encore spéculative et que les chiffres ne manqueront pas d'évoluer en précision à mesure que la recherche se poursuit. Cela dit, experts (notamment Lee et al ., 2019) estiment les réservoirs de carbone sur Terre comme suit :

En chiffres :meilleures estimations actuelles, carbone sur Terre

1,85 milliard de gigatonnes (1,85 x 1 milliard x 1 milliard de tonnes) :carbone total sur Terre

Panne:

• 1, 845, 000, 000 (1,845 milliard) Gt :carbone total sous la surface
• 1, 500, 000, 000 (1,5 milliard) Gt :Carbone dans le manteau inférieur :
• 315, 000, 000 (0,315 milliard) Gt :Carbone dans les lithosphères continentale et océanique
• 30, 000, 000 (0,03 milliard) Gt :Carbone dans le manteau supérieur

• 43, 500 Gt :carbone total au-dessus de la surface — dans les océans, sur terre, et dans l'atmosphère (2/10 de 1% du carbone total de la Terre)
• 37, 000 Gt:Carbon in the deep ocean (85.1% of all above surface carbon)
• 3, 000 Gt:Carbon in marine sediments (6.9%)
• 2, 000 Gt:Carbon in the terrestrial biosphere (4.6%)
• 900 Gt Carbon in the surface ocean (2%)
• 590 Gt:Carbon in the atmosphere (1.4%)

Libération de CO 2 des volcans

Earth's total annual out-gassing of CO 2 via volcanoes and through other geological processes such as the heating of limestone in mountain belts is newly estimated by DCO experts at roughly 300 to 400 million metric tonnes (0.3 to 0.4 Gt).

Volcanoes and volcanic regions alone outgas an estimated 280-360 million tonnes (0.28 to 0.36 Gt) of CO 2 per year. This includes the CO 2 contribution from active volcanic vents, from the diffuse, widespread release of CO 2 through soils, faults, and fractures in volcanic regions, volcanic lakes, and from the mid-ocean ridge system.

In many world regions, tectonic outgassing (emissions from mountain belts and other plate boundaries), particularly in cool night temperatures, can cause dangerous levels of CO 2 close to the ground—enough to suffocate livestock.

According to DCO researchers, with rare exceptions over millions of years the quantity of carbon released from Earth's mantle has been in relative balance with the quantity returned through the downward subduction of tectonic plates and other processes.

Carbon catastrophes

While the volume of carbon buried through subduction and what's released from volcanoes and tectonic fractures are normally in steady state, about four times over the past 500 million years this balance has been upended by the emergence of large volcanic events—1 million or more square kilometers (the area of Canada) of magma released within a timeframe of a few tens of thousands of years up to 1 million years.

These "large igneous provinces" degassed enormous volumes of carbon (estimated at up to 30, 000 Gt—equal to about 70% of the estimated 43, 500 Gt of carbon above surface today).

Carbon cycle imbalance can cause rapid global warming, changes to the silicate weathering rate, changes to the hydrologic cycle, and overall rapid habitat changes that can cause mass extinction as the Earth rebalances itself.

Similar carbon catastrophes have been caused by asteroids / meteors (bolides), such as the massive Chixculub impact in the Yucatan area of Central America 65 million years ago—an event to which extinction of the dinosaurs and most other plants and animals of the time has been attributed.

According to Australian researchers Balz Kamber and Joseph Petrus:"The Chicxulub event ... greatly disrupted the budget of climate-active gases in the atmosphere, leading to short-term abrupt cooling and medium-term strong warming."

"Thus, some large bolide impacts are comparable to those observed in the Anthropocene in terms of rapidly disrupting the C (carbon) cycle and potentially exceeding a critical size of perturbation."

Wiring up volcanoes

DCO experts estimate that about 400 of the 1500 volcanoes active since the last Ice Age 11, 700 years ago are venting CO 2 aujourd'hui. Another 670 could be producing diffuse emissions, with 102 already documented. Parmi ceux-ci, 22 ancient volcanoes that have not erupted since Pleistocene epoch (2.5 million years ago to the Ice Age) are outgassing. Thus all volcanoes, the young and very old, may be emitting CO 2 .

Today's CO 2 , sulphur dioxide and hydrogen sulphide emissions rates are now quantified for many of the world's most active volcanoes thanks in part to the development of miniature, durable, inexpensive instruments.

And several volcanoes have been wired up with permanent gas instrument monitoring stations to obtain real time data readings, improving monitoring by governments and universities in the U.S., Italie, Costa Rica, and elsewhere. About 30 collaboratively operated gas-monitoring stations on volcanoes across five continents now exist, which continually monitor emissions.

Pioneered by scientists with DCO's DECADE (Deep Earth Carbon DEgassing) subgroup, the technologies and installations have helped revolutionize data collection within inaccessible or dangerous volcanic places. The data obtained are combined with readings from long-established ground and satellite systems.

Recent research has revealed the number of volcanoes thought to be out-gassing measurable amounts of CO 2 aujourd'hui. Estimated at 150 in 2013, DECADE researchers confirm that more than 200 volcanic systems emitted measurable volumes of CO 2 between the years 2005 and 2017. Of these, several super-regions of diffuse degassing have been documented (e.g., Yellowstone, NOUS., the East African Rift, Afrique, and the Technong volcanic province in China, to name a few). Diffuse degassing is now recognized as a CO 2 source comparable to active volcanic vents.

Among the DCO's legacies:a new database (http://www.magadb.net) to capture information on CO 2 fluxes from volcanic and non-volcanic sources around the world.

Volcanic whispers:Changes in ratio of vented SO2 to CO 2 can forewarn of eruptions

Research at a growing number of well-monitored volcanoes worldwide has provided important new insight about the timing of eruptions relative to the composition of volcanic outgassing.

Year-round monitoring at five volcanoes revealed that the level of carbon dioxide relative to sulfur dioxide in volcanic gases systematically changes in the hours to months before an eruption. Volcanoes where such patterns have been documented include Poas (Costa Rica), Etna and Stromboli (Italy), Villarica (Chile), and Masaya (Nicaragua).

Likewise the CO 2 to SO2 ratio changed dramatically months to years prior to large eruptions at Kilauea (Hawaii) and Redoubt Volcano (Alaska), aux Etats-Unis., suggesting that monitoring gas composition, often in invisible plumes, offers a new eruption forecasting tool that, dans certains cas, precedes increases in volcano seismicity or ground deformation.