От углекислоты спасает потепление

Глобальное потепление земного климата из-за антропогенных выбросов углекислого газа в атмосферу вызывает много споров среди специалистов. По оценкам одних, масштабов человеческой промышленной деятельности недостаточно для того, чтобы парниковый эффект усиливался в наблюдаемых масштабах, другие готовы считать важными даже такие локальные и краткосрочные факторы, как лесные пожары и гниение биомассы в результате нашествия короедов.

Кен Кальдера из Института Карнеги в калифорнийском Стэнфорде совместно с Ричардом Зиби из Гавайского университета в Маноа впервые показали, что существуют две группы факторов, влияющих на атмосферную концентрацию углекислого газа в относительно краткосрочном периоде (тысячи лет) и долгосрочной перспективе (сотни тысяч лет). Эти две группы факторов уже не первый год поддерживают баланс углерода на поверхности Земли и спасают Землю от катастрофического парникового эффекта, миллиарды лет назад погубившего Венеру. Статья ученых опубликована в последнем выпуске Nature Geosciences.

Известно, что природными источниками углекислого газа являются вулканические процессы, выбрасывающие CO₂ из слоев мантии и земной коры, удваивающие его атмосферное содержание примерно каждые 600 тысяч лет. С другой стороны, двуокись углерода выводится из циркуляции в ходе разрушений силикатных горных пород под действием выветривания и размывания атмосферными осадками. Ионы кальция и магния, высвобождаемые при разложении этих пород, соединяются с углекислотой и в итоге навсегда оседают на дно мирового океана в виде карбонатных соединений.

При этом разложение силикатов идет тем быстрее, чем больше углекислоты содержится в грунте и чем выше её температура.

Потому некоторые учёные высказали предположение, согласно которому существует баланс между выбрасываемым в атмосферу углекислым газом и его осаждением в виде карбонатов. Этот баланс поддерживается отрицательной обратной связью: чем выше концентрация СО₂ в атмосфере, тем больше его содержится в поверхностном слое почвы и тем выше температура земного воздуха. Таким образом, чем больше двуокиси углерода находится на поверхности Земли и в воздухе, тем интенсивнее идет процесс разрушения силикатов и осаждения карбонатов.

Механизмы поддержания этого баланса в прошлом могли быть иными – как учитывающими влияние развитой земной биосферы, так и работавшими ещё до её появления.

Такая стройная и непротиворечивая гипотеза о глобально углеродном балансе часто становится объектом критики со стороны оппонентов. Например, некоторые ученые считают, что необходимое условие баланса процесса выброса и поглощения СО₂ нарушится, если учесть постоянный подъем континентов за счет наслаивания осадочных пород. Другие видят единственным механизмом поддержания баланса атмосферного СО₂ только отлаженную работу биосферы Земли – основного потребителя углекислого газа.

Сторонники гипотезы поддержания баланса выветриванием считают, что её подтверждением могли бы стать большие вариации атмосферной концентрации газа вблизи некоторого среднего значения, даже если последний и имеет какой-то тренд. Однако найти такое подтверждение до сих пор не удавалось из-за невозможности проконтролировать уровень атмосферного СО₂ в масштабе миллионов лет.

Кальдеру и Зиби удалось найти такие доказательства.

Чтобы поместить масштабы долгосрочных природных потоков углерода в какие-то рамки, ученые обратились к данным о содержании углекислого газа в ледниковых массивах. На сегодняшний день они позволяют заглянуть в прошлое на глубину до 650 тысяч лет. Подобные работы уже проводились, однако имели своей целью установить корреляцию между концентрацией СО₂ в атмосфере и глобальным оледенением планеты. Такая корреляция действительно была установлена: больше всего углекислого газа в атмосфере оказывается именно в межледниковье.

Главный вывод новой публикации ученых заключается в том, что хотя в масштабах тысячелетий концентрация СО₂ и демонстрирует сильные вариации, её тренд в масштабе сотен тысяч лет весьма незначителен –

за последние 650 тысяч лет концентрация СО₂ в атмосфере Земли изменилась всего на 0,0022%.

И, кстати говоря, снизилась.

Таким образом, полагают учёные, стоит выделять две группы факторов, влияющих на содержание углекислого газа в атмосфере. К первой, которую можно назвать «поверхностной», относится перераспределение углерода в различных формах между водоемами, атмосферой и биосферой. Они действительно определяют содержание CO₂ в атмосфере, однако лишь в ответ на нарушение баланса между факторами второй, «геологической» группы.

Последние определяют выброс и захват СО₂ в долгосрочных масштабах. С одной стороны, здесь выброс углекислого газа из мантийных слоев и хранилищ этого газа в нижних слоях земной коры в ходе преобразования горных пород и вулканизма. С другой – оседание карбонатных солей на дно океана по мере разрушения силикатных горных пород под действием факторов выветривания. Именно вторая группа определяет полное количество углерода на поверхности планеты, в то время как первая лишь перераспределяет это заданное количество между своими составляющими.

Однако между этими факторами существует и взаимодействие.

Например, периодические обледенения и потепления климата Земли, имевшие место в плейстоценовой эпохе, по мнению ученых, могут быть связаны именно с этим взаимодействием. Так, увеличение концентрации CO₂ в атмосфере постепенно ускоряет размывание силикатных горных пород, приводит к росту активности биосферы (прежде всего растений), что приводит в итоге к увеличению темпов консервирования углекислого газа в виде карбонатов и осаждению его на дне океанов. Следующее за этим похолодание снижает и интенсивность осадков и сокращает объемы углекислого газа, поглощаемого растениями; затем цикл повторяется вновь.

Правда, такая слаженная работа в результате взаимодействия двух групп факторов возникает лишь на масштабах в десятки и сотни тысяч лет. Активной хозяйственной деятельности человека, способной повлиять на благополучие всей планеты, лишь несколько веков. Таких испытаний климатическая система сдержек и противовесов ещё не знала.