Исследования, проведенные учеными из Центра наук об окружающей среде моря MARUM при Бременском университете, показывают, что глобальное потепление может неожиданно привести к существенному похолоданию на нашей планете.
Климат Земли зависит не только от медленного выветривания силикатных пород, которые играют роль в стабилизации температуры на протяжении долгих периодов времени. Новые данные подчеркивают, что биологические процессы и океанические циклы обратной связи, особенно связанные с водорослями, фосфором и кислородом, оказывают значительное влияние на климатические условия.
На протяжении многих лет ученые считали, что основным термостатом Земли является именно медленное разложение силикатных минералов. Этот процесс включает в себя растворение углекислого газа дождевой водой, которая затем проникает в обнаженные горные породы. В результате углерод и кальций, высвобожденные в океан, становятся строительными блоками для ракушек и известняковых рифов, тем самым задерживая углерод на дне моря на протяжении миллионов лет.
Как отмечает Доминик Хюльсе, соавтор исследования, «при нагревании планеты выветривание горных пород ускоряется, что приводит к более интенсивному поглощению CO₂, позволяя Земле остывать».
Тем не менее, существовали периоды, когда планета полностью покрывалась льдом, и такие явления не могли быть объяснены исключительно выветриванием. Это указывает на необходимость учитывать дополнительные факторы, влияющие на резкие изменения температуры.
Ключевым моментом в понимании этих изменений является то, как углерод хранится в океанах. С увеличением уровня CO₂ в атмосфере и потеплением, в морской воде вымывается больше питательных веществ, таких как фосфор, что способствует росту водорослей. Эти организмы поглощают углерод через фотосинтез. Однако, когда водоросли умирают, их остатки опускаются на дно, унося с собой углерод.
В теплых условиях массовый рост водорослей также приводит к снижению уровня кислорода в воде. При дефиците кислорода фосфор перерабатывается, а не откладывается, создавая замкнутый цикл. Избыточные питательные вещества способствуют росту водорослей, которые, разлагаясь, используют кислород и высвобождают больше питательных веществ. При этом углерод накапливается в морских отложениях, что в конечном итоге может привести к охлаждению планеты.
На протяжении многих лет Хюльсе и его коллега Энди Риджвелл работали над разработкой сложной компьютерной модели климатической системы Земли, учитывающей эти взаимодействия.
«Эта более комплексная модель не всегда приводит к постепенной стабилизации климата после потепления. Напротив, она может вызвать охлаждение Земли до уровней, значительно ниже исходной температуры, что, однако, может занять сотни тысяч лет. В рамках нашего исследования это может привести к началу ледникового периода», - добавляет Хюльсе.
Результаты исследования показывают, что в эпохи, когда уровень кислорода в атмосфере был низким, как это было на ранних этапах геологической истории, питательные циклы могли усиливаться, приводя к жестоким ледниковым периодам.
Сегодня человечество продолжает увеличивать выбросы CO₂, что способствует дальнейшему потеплению планеты. Однако, согласно модели, в долгосрочной перспективе это может вызвать новое похолодание. Следующее похолодание, скорее всего, будет менее экстремальным, так как уровень кислорода в современной атмосфере выше, чем в прошлом, что ослабляет обратные связи по питательным веществам.
«В конечном счете, имеет ли значение, когда начнется следующий ледниковый период — через 50, 100 или 200 тысяч лет?» — задается вопросом Риджвелл. «Нам сейчас нужно сосредоточиться на сдерживании продолжающегося потепления, так как естественное охлаждение Земли не произойдет достаточно быстро, чтобы нас спасти».
Данное исследование получило поддержку от кластера передового опыта «Дно океана — неизведанный интерфейс Земли» на базе MARUM. Хюльсе планирует использовать свою модель для дальнейшего изучения того, как Земля иногда удивительно быстро восстанавливалась после климатических изменений и какую роль в этом процессе играло дно океана.
