ИСТОРЖЕНИЯ И ПОГЛОЩЕНИЯ
На протяжении всей истории нашего вида люди жили на планете, оба полюса которой покрыты льдами. Однако с момента появления на ней сложной жизни Земля около 75 процентов времени была полностью свободна ото льда. Это изменение фонового климата от частичного оледенения до полного освобождения ото льда десятилетиями озадачивало геологов.
И вот группа ученых во главе с Фрэнсисом Макдональдом из калифорнийской Санта-Барбары опубликовала в журнале Science статью, где высказано предположение, что причиной указанных изменений может быть тектоническая активность. Они обнаружили, что долгосрочные тенденции в климате Земли определяются наличием или отсутствием столкновений между вулканическими дугами и континентами в тропиках.
«Было несколько гипотез, но не было единого мнения о том, почему у нас такой теплый или холодный климат на протяжении столь длительных периодов времени», — говорит Макдональд, профессор кафедры наук о Земле.
Когда Макдональд говорит «длительные сроки», он имеет периоды как минимум в 10 миллионов лет. Это широкие климатические тенденции, на фоне которых проявляются естественные и антропогенные колебания. По словам Макдональда, у ученых относительно хорошее понимание того, какие факторы влияют на климат на протяжении тысячелетий.
В любом случае, однако, основным фактором изменения климата является углекислый газ (CO2). Вопрос в том, какие факторы влияют на количество самого CO2 в атмосфере. Некоторые процессы приводят к росту CO2, а другие поглощают его. Ученые называют это исторжениями и поглощениями.
Геологи спорят, что влияет на климат больше — исторжения или поглощения. «Некоторые утверждают, что такие исторжения CO2, как вулканизм, приводят к изменению климата в течение длительного периода времени, тогда как другие возражают: нет, именно поглощения вызывали изменение климата в этих временных масштабах», — поясняет Макдональд.
Сам он считает, что в основном влияют поглощения, в частности огромные отложения породы, которые поглощают СО2 в результате химических реакций. Но эти углеродные поглощения не распределены по поверхности Земли равномерно. Например, Индонезия в целом занимает всего 1-2 процента общей площади Земли, но на ее долю приходится примерно 10 процентов нынешнего геологического поглотителя углерода.
Активность этих поглотителей зависит от ряда факторов. Вода нужна для химических реакций, а кроме того она смывает продукты этих реакций в океаны, которые насыщаются CO2. Горообразование усиливает реакцию, поднимая и обнажая новый камень. В равнинной местности почва экранирует подстилающую породу.
Тип породы также играет ключевую роль. Камень, богатый железом и магнием, имеет более простые химические связи, которые легче разрушить. Это делает эти мафические породы, такие как базальт, лучшими поглотителями углерода, чем такие породы, как гранит, которые имеют более сложные связи.
Плотная океаническая кора плавится, скользя под материком и питая вулканическую дугу. Фото предоставлено: DOMDOMEGG CC BY 4.0
Этим геологическим углеродным циклом движет тектоника плит. Когда одна тектоническая плита скользит под другой — обычно это плотная океаническая плита под континентом — плавящаяся скала питает вулканы на верхней плите, называемые вулканической дугой. Одним из примеров такой дуги является каскадный хребет на северо-западе Тихого океана.
Макдональд и его коллеги посчитали, что когда эти вулканические дуги сталкиваются с другим континентом, столкновение поднимает мафические породы. Эти породы легко разрушаются, особенно в теплых, влажных тропических широтах, и осадок попадает в океаны, где поглощает CO2. Поэтому, рассуждали он, когда такие столкновения происходят в тропиках, то это приводит к охлаждению климата.
«Тропики — то место, где скалы чувствуют себя лучше всего, потому что там особенно тепло и влажно», — пояснила его соавтор Лоррейн Лисецки, доцент кафедры наук о Земле Калифорнийского университета в Санта-Барбаре.
Чтобы проверить свою гипотезу, команда учёных использовала реконструкции континентов и процессов горообразования, которые ученые создали за последние десятилетия. Это дало им представление о том, где и когда произошло столкновение дуги с континентом. Они ограничились последними 500 миллионами лет, поскольку более древние геологические данные значительно менее полны, а потому и их реконструкции менее определенны.
Температуру понять сложнее, чем географию, поэтому команда использовала простой замер: был ли лед на полюсах в определенный момент времени или нет? Они реконструировали эту информацию, исходя из литературы и выбрав данные о породах, которые образуются только в присутствии льда. И обнаружили, что лёд значительно покрывал Землю только в течение четырех периодов.
Площадь полярного льда (синего цвета) зависит от количества столкновений дуги и континента (оранжевого цвета), которые происходят в тропиках (зеленого цвета). Фото предоставлено Фрэнсисом Макдональдом.
Сопоставив географические и температурные данные, команда обнаружила, что за последние 500 миллионов лет ледниковый климат имел место в периоды обширных столкновений между континентами и вулканическими дугами в тропиках. Вероятность того, что это было случайностями составляет менее 1%.
«Учитывая, как много вещей меняется на Земле одновременно, удивительно, что все получилось очень чистым и совпадающим», — говорит Лисецки.
Столкновения приводят к прекращению активности вулканической дуги, которая отключает этот источник CO2. «Но если это был вулканический эффект, неважно, где находится вулкан», — сказала Лисецки. Широта имеет значение только для эффекта выветривания. И команда обнаружила гораздо более сильную связь между климатом и столкновениями, которые произошли в тропиках, нежели между подобными явлениями, которые происходили вне тропиков.
«Эти гипотезы не обязательно полностью независимы, — обратил внимание Макдональд, — но наш анализ показывает, что самые сильные отношения связаны с атмосферой».
Макдональд начал этот большой проект после того, как несколько его коллег отвергли результаты исследований с меньшими объемами. «Я подумал: «Вы абсолютно правы. Нам нужно взглянуть на это более широко», — вспоминает он. Теперь команда надеется, что их статья бросит вызов коллегам, побудив их более строго обосновать их собственные гипотезы.
Макдональд и Лисецки также сознают, что их статья — не последнее слово. «База данных открыта, — говорит Макдональд, — поэтому я надеюсь, что это — итерационный проект. И по мере появления новых напряжений, их можно будет вводить и уточнять модель». С этой целью он сейчас исследует, насколько сильно влияет на эту гипотезу тип породы.
Люди жили в течение сотен тысяч лет, не имея представления о драматических изменениях, которые планета претерпела за эти эпохи. Хотя предметы изучения очень древние, современная геология сложилась сравнительно недавно. Например, теория тектоники плит не получила широкого распространения до 1960-х годов. «Мы часто думаем о Земле, какой видим её сейчас, — сказал Макдональд. — Но на протяжении всей своей истории это была совершенно другая планета».
Харрисон ТАСОФФ (Harrison Tasoff).
Перевод с английского Александра ЖАБСКОГО.
Новое на сайте экопросвещения ЭКО.ЗНАЙ http://ecoznay.ru/publ/istorzhenija_i_pogloshhenija/1-1-0-2034
