M7 Massiverdungskupplungen - Oberflächensystem

Thema

Die Wechselwirkungen zwischen der festen Erde und dem Oberflächensystem – also Atmosphäre, Hydrosphäre, Kryosphäre und Biosphäre – wirken auf Zeitskalen von Tausenden bis Millionen von Jahren und sind die wichtigsten langfristigen Regulatoren des Klimasystems. Vulkanismus setzt Kohlendioxid und Schwefeldioxid in die Atmosphäre frei; die chemische Verwitterung von Silikaten verbraucht dieses Kohlendioxid in einem Ausmaß, das von Temperatur und Niederschlag der jeweiligen Region abhängt; Gletschererosion verändert die Topographie und trägt zur isostatischen Hebung bei; und tiefe geologische Entgasungen erhalten den Kohlenstoffkreislauf über geologische Zeiträume aufrecht.

Der Silikat-Karbonat-Thermostat ist der langfristige negative Rückkopplungsmechanismus, der das Erdklima stabilisiert: Steigt der atmosphärische Kohlendioxidgehalt und damit die Temperatur, beschleunigt sich die chemische Verwitterung von Silikaten. Diese beschleunigte chemische Verwitterung verbraucht mehr Kohlendioxid als zuvor, wodurch Kohlendioxidgehalt und Temperatur wieder sinken, bis das Gleichgewicht wiederhergestellt ist. So schließt sich ein selbstkorrigierender Rückkopplungsmechanismus. Die Verweildauer von Kohlendioxid in diesem Kreislauf, bevor es verbraucht wird, beträgt zwischen 300.000 und 500.000 Jahren.

Ohne diesen Silikat-Karbonat-Thermostat hätte die Erde wahrscheinlich einen unumkehrbaren Treibhauseffekt wie den derzeit auf der Venus vorherrschenden oder eine vollständige globale Eiszeit wie während der sogenannten Schneeball-Erde-Episoden erlebt.

Die postglaziale isostatische Hebung ihrerseits verändert die regionale Seismizität: Wenn der Druck, den das Gewicht des Eises auf die Erdkruste ausübt, mit dem Rückgang des Eises abnimmt, ändert sich die effektive Spannung an bereits bestehenden Verwerfungen in dieser Region. Diese Veränderung kann Erdbeben auslösen, selbst in Gebieten mit normalerweise geringer seismischer Aktivität wie Skandinavien oder Kanada. Die Gletschererosion beschleunigt sich während einer Eiszeit erheblich, und diese beschleunigte Erosion führt zu einer raschen Exhumierung, die in der thermochronologischen Geschichte des Gesteins aufgezeichnet ist. Die Millionen Kubikkilometer Sediment, die diese Erosion an den Kontinentalrändern ablagert, belasten die Lithosphäre ebenfalls unterschiedlich von einem Punkt zum anderen und vervollständigen so, zusammen mit dem zuvor beschriebenen Silikat-Karbonat-Thermostat und der isostatischen Rückfederung, die Reihe von Kopplungen zwischen der festen Erde und dem Oberflächensystem, mit der diese Beschreibung begann.

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