نمذجة دورة الكربون القديمة للأرض تكشف أن الأقواس البركانية أصبحت فقط مصدرًا مهيمنًا لانبعاثات غازات الدفيئة نحو نهاية عصر الديناصورات. وقع هذا التحول منذ حوالي 100 مليون سنة، مدفوعًا بظهور بعض البلانكتون المحيطي قبل 150 مليون سنة. سابقًا، كان معظم الكربون يُطلق عبر عمليات التمزق بدلاً من النشاط البركاني.
لقد تقلب مناخ الأرض طويلاً بين حالات 'بيت الجليد' و'الدفيئة'، متأثرًا بمستويات ثاني أكسيد الكربون الجوي وغازات الدفيئة الأخرى. الأقواس البركانية، مثل تلك في اليابان حيث تتقارب الصفائح التكتونية، ساهمت تاريخيًا في انبعاثات الكربون الطبيعية بإطلاق ثاني أكسيد الكربون من داخل الكوكب. ومع ذلك، تشير بحث جديد إلى أن هذا الدور تعزز نسبيًا مؤخرًا من الناحية الجيولوجية. قاد بن ماذر من جامعة ملبورن في أستراليا دراسة نمذجت آخر 500 مليون سنة من تكتونية الصفائح ودورة الكربون، منشورة في Nature Communications Earth and Environment. تظهر النتائج أن الأقواس البركانية برزت كمصدر رئيسي للكربون منذ حوالي 100 مليون سنة، قرب نهاية عصر الديناصورات. يعود هذا التغيير إلى حوالي 150 مليون سنة مضت، عندما ظهر في المحيطات فيتوプランكتون يحمل قشور كربونات الكالسيوم. عند موته، يودع هذه الكائنات طبقات هائلة من كربونات الكالسيوم على قاع البحر العميق. مع سبوكشن الصفائح المحيطية —انزلاقها تحت الآخرين وإعادة تدويرها في الوشاح — يُحمل هذا الكربون المخزن عميقًا داخل الأرض. يشرح ماذر: «معظم كربون البلانكتون الذي يغادر الصفيحة المحيطية المتسبوكة سيختلط في الداخل المنصهر، لكن جزءًا منه سيُطلق عبر براكين الأقواس البركانية». قبل هذا البلانكتون، كانت انبعاثات الأقواس البركانية تحتوي على ثاني أكسيد كربون أقل نسبيًا. خلال معظم تاريخ الأرض، كان الكربون يُحرر بدلاً من ذلك عبر التمزق، حيث تنفصل القارات على مدى أزمنة جيولوجية، كما في الصدع الشرق أفريقي أو الظهر المحيطي الأوسط. «عندما تنفصل الصفائح التكتونية، أنت في الأساس 'تكشف' جزءًا من الداخل المنصهر للأرض»، يلاحظ ماذر. يشكل هذا العملية قشرة جديدة ويطلق الكربون، مع انبعاثات تعتمد على طول الصدع وسرعة الانفصال. في آخر 100 مليون سنة، ارتفعت انبعاثات الأقواس البركانية بشكل حاد، الآن أعلى بنسبة ثلثي مقارنة بـ150 مليون سنة مضت بسبب مخزن الكربون في قاع البحر من البلانكتون. اليوم، تقع الأرض في مرحلة بين جليدية من عصر جليدي أكبر بدأ قبل 34 مليون سنة. يستمر الفيتوプランكتون في تخزين المزيد من الكربون في قاع البحر مما يطلقه البراكين، مما يساعد على المناخ الأبرد الحالي. يمدح آلان كولينز من جامعة أديلايد هذه النماذج لتوضيح كيف شكل البركانية والتكتونية المناخ عبر الزمن، مشيرًا إلى تغييرات في تركيب الرواسب المحيطية من تطور الحياة البحرية مثل حيوانات البلانكتون كربونات الكالسيوم.