Катастрофические извержения вулканов, согревшие планету миллионы лет назад, проливают новый свет на то, как растения развиваются и регулируют климат. Исследователи раскрывают долгосрочные климатические эффекты нарушенных природных экосистем — их последствия как в геологической истории, так и для сегодняшнего дня.
Ученые часто ищут ответы на самые насущные проблемы человечества в природе. Когда дело доходит до глобального потепления, геологическая история предлагает уникальную долгосрочную перспективу. Геологическая история Земли отмечена периодами катастрофических вулканических извержений, которые выбрасывали огромное количество углерода в атмосферу и океаны. Увеличение углерода вызвало быстрое потепление климата, которое привело к массовым вымираниям на суше и в морских экосистемах. Эти периоды вулканизма также могли нарушить системы регулирования углерода и климата на миллионы лет.
Ученые-экологи из Швейцарской высшей технической школы Цюриха возглавили международную группу исследователей из Университета Аризоны, Университета Лидса, Национального исследовательского центра исследований в Тулузе и Швейцарского федерального института исследований лесов, снега и ландшафтов (WSL) в исследовании того, как растительность реагирует и развивается в ответ на крупные климатические изменения, а также как такие изменения влияют на естественную систему регулирования углерода и климата на Земле.
Используя геохимический анализ изотопов в отложениях, исследовательская группа сравнила данные со специально разработанной моделью, которая включала представление растительности и ее роли в регулировании геологической климатической системы. Они использовали модель, чтобы проверить, как система Земли реагирует на интенсивное высвобождение углерода в результате вулканической активности в различных сценариях. Они изучили три значительных климатических сдвига в геологической истории, включая событие Сибирских траппов, которое вызвало массовое вымирание в пермско-триасовый период около 252 миллионов лет назад. Профессор ETH Zurich Тарас Герья отмечает: «Событие Сибирских траппов высвободило около 40 000 гигатонн (Гт) углерода за 200 000 лет. Последующее повышение глобальной средней температуры на 5–10 °C вызвало самое серьезное событие вымирания на Земле в геологической летописи».
«Восстановление растительности после сибирских траппов заняло несколько миллионов лет, и в течение этого времени система регулирования углерода и климата на Земле была слабой и неэффективной, что привело к долгосрочному потеплению климата», — объясняет ведущий автор Джулиан Роджер из Швейцарской высшей технической школы Цюриха.
Исследователи обнаружили, что серьезность таких событий определяется тем, насколько быстро выброшенный углерод может быть возвращен в недра Земли – секвестрирован посредством выветривания силикатных минералов или образования органического углерода, удаляя углерод из атмосферы Земли.
Они также обнаружили, что время, необходимое климату для достижения нового состояния равновесия, зависит от того, насколько быстро растительность адаптировалась к повышению температуры. Некоторые виды адаптировались путем эволюции, а другие — путем географической миграции в более прохладные регионы. Однако некоторые геологические события были настолько катастрофическими, что у видов растений просто не было достаточно времени для миграции или адаптации к устойчивому повышению температуры. Последствия чего оставили свой геохимический след в эволюции климата на тысячи, возможно, миллионы лет.
Что это означает для антропогенного изменения климата? Исследование показало, что нарушение растительности увеличило продолжительность и тяжесть потепления климата в геологическом прошлом. В некоторых случаях, возможно, потребовались миллионы лет, чтобы достичь нового стабильного климатического равновесия из-за сниженной способности растительности регулировать углеродный цикл Земли.
«Сегодня мы находимся в крупном глобальном биоклиматическом кризисе», — комментирует Луик Пеллиссье, профессор кафедры экосистем и эволюции ландшафтов в ETH Zurich и WSL. «Наше исследование демонстрирует роль функционирования растительности в восстановлении после резких климатических изменений. В настоящее время мы выбрасываем парниковые газы быстрее, чем любое предыдущее вулканическое событие. Мы также являемся основной причиной глобальной вырубки лесов, что значительно снижает способность естественных экосистем регулировать климат. Это исследование, с моей точки зрения, служит «звонком к пробуждению» для мирового сообщества».
