Концентрация углекислого газа в атмосфере

Скептики, которые ставят под сомнение гипотезу об изменении климата из-за антропогенного воздействия, часто приводят в качестве доказательства естественную цикличность: по их мнению, чередование потеплений и похолоданий – это нормально. Именно поэтому очень важно знать как можно больше, случались ли подобные сегодняшним явления в глубоком прошлом.

Достаточно большая группа ученых из 21 человека (при таком же количестве университетов) выполнила исследование, состоящее в анализе геологической летописи Земли относительно такой характеристики, как подкисление океана, на которое влияет концентрация углекислого газа в атмосфере. Получены данные, которые свидетельствуют о том, что тех темпов подкисления, которые наблюдаются сегодня, в течение последних 300 миллионов лет не было.

Достоверная информация об этом извлекается из горных пород различными способами. Одним из них является изучение содержание изотопов углерода, которое изменяется в соответствии со сдвигами его круговорота. Водородный показатель отслеживается по содержанию в морских раковинах изотопов бора. Наличие цинка и урана по отношению к кальцию говорит о концентрации карбонат-ионов. Еще одним фактором, который принимался во внимание, было то, что геологическая летопись фиксирует морфологические изменения тех представителей морской фауны, которые вызваны крупными экологическими катастрофами.

Охват исследованием периода в 300 миллионов лет был выбран вовсе из-за того, что это круглая цифра. Согласно современным представлениям, тектоника плит заставляет погружаться платформы в мантию в зонах субдукции. По этой причине не существует океанической коры старше 180 миллионов лет. И чтобы заглянуть в прошлое намного дальше, необходимо полагаться на небольшие запасы морских пород, которые в результате тектонического движения были перенесены на континентальные плиты. Неравномерность таких регионов создает трудности с составлением общей картины. Причем со временем эта неопределённость увеличивается, и 300 миллионов лет – тот порог, за пределами которого она становится недопустимо большой.

Первой изученной эпохой стал конец последнего ледникового периода (приблизительно 18 тысяч лет назад). С тех пор на протяжении шести тысяч лет атмосферный уровень углекислого газа вырос на 30%. (Для любопытных: на такую же цифру он увеличился и за последние пятьдесят лет.)

Последняя дегляциация не стала причиной массового вымирания, но у некоторых видов привела к определенным изменениям. Так, размер раковин планктонных фораминифер стал меньше на 40–50%.

В относительно тёплый плиоцен (3 миллиона лет назад) концентрация СО2 была такой же, как сегодня, однако уровень рН был на 0.06–0.11 ниже. Этот факт объясняется очень медленным увеличением содержания углекислоты в атмосфере, которое длилось около 320 тысяч лет. Поэтому палеонтологическая летопись свидетельствует о миграции видов по причине потепления, но морские организмы, накапливающие кальций, ничего этого не зафиксировали.

Третьим периодом, привлекшим внимание исследователей, оказался позднепалеоценовый термальный максимум (56 миллионов лет назад). За 20 тысяч лет средняя температура планеты увеличилась на 6 градусов по причине резкого выброса большого количества углерода в атмосферу (и все же менее резкого, чем сегодня). В результате исчезли глубоководные фораминиферы и произошло одно из четырёх известных крупных вымираний кораллов за последние 300 миллионов лет.

Для этого исторического периода надёжных показателей рН не существует, поэтому невозможно сказать о роли подкисления океана в исчезновении морских видов. Имеются только данные об изменении температуры и падению концентрации растворённого кислорода.

Исследователи изучили несколько массовых вымираний мезозоя. Так, граница между триасом и юрой отмечена ощутимым ростом в атмосфере углекислого газа за небольшой срок — 20 тысяч лет. Однако оказалось сложно определить, в какой степени причиной вымирания стало не потепление, а подкисление.

И последним был исследован период, когда произошло великое вымирание. Около 252 миллионов лет назад с лица Земли исчезло почти 96% всех морских видов. Но и тогда выброс в атмосферу углекислого газа происходил примерно в 10–100 раз медленнее, чем в настоящее время.

По мнению ученых, самыми близкими аналогами нынешних процессов можно назвать ППТМ, пермское и триасово-юрское вымирания, во всяком случае, с точки зрения влияния подкисления. Однако для двух последних событий имеется слишком мало данных, поэтому остается равняться на ППТМ. Тем не менее, это тоже не лучший выбор, поскольку в те времена рост концентрации СО2 происходил заметно медленнее.

На границе эоцена и палеоцена химия мирового океана оказалась менее чувствительна к изменениям. Соотношение кальция и магния нельзя назвать постоянным, и одной из причин является разница в активности вулканической деятельности, происходящей по линии срединно-океанических хребтов. Когда магния много (что наблюдается сегодня), преобладающей формой карбоната кальция будет арагонит. Он растворяется намного легче кальцита, из-за чего «арагонитовое море» восприимчиво к подкислению. И это плохая новость.