Маршия Бьорнеруд - Осознание времени. Прошлое и будущее Земли глазами геолога

К 1800 г., незадолго до того, как началось массированное сжигание ископаемых углеводородов, концентрация атмосферного CO 2увеличилась до 280 ppm — всего на 35 ppm с начала голоцена. Это говорит о том, что на протяжении предыдущих 11 000 лет углеродный цикл Земли находился в равновесном состоянии, когда поступление углерода от вулканических извержений и разложения органического вещества уравновешивалось его потреблением фотосинтетиками и долгосрочной секвестрацией микроорганизмами в виде известняковых отложений. Небольшие эпизодические нарушения этого углеродного баланса обрекали человеческие общества на голод и кровопролитные конфликты.

После промышленной революции мы, как пожирающие торф микробы-переростки, принялись интенсивно потреблять накопившиеся на Земле запасы древних углеводородов — сначала уголь, затем нефть и природный газ. Но фотосинтетики и секвестрирующие углерод морские микроорганизмы не в силах угнаться за нашими темпами. Одна из главных несправедливостей состоит в том, что, тогда как ответственность за львиную долю выбросов CO 2в XX в. несут Соединенные Штаты и Западная Европа, от последствий этого страдает весь мир. Это связано с тем, что время перемешивания тропосферы (нижнего слоя атмосферы), за которое ветры и погодные условия смешивают воздух на всей планете и делают его однородным, является относительно коротким (всего 1 год) по сравнению с временем пребывания углерода в атмосфере (сотни лет). Если бы перемешивание происходило гораздо медленнее, выброшенный в атмосферу углекислый газ зависал бы в атмосфере над местами эмиссий, подобно мусору, накапливающемуся на помойках, когда бастуют водители мусоровозов, что волей-неволей заставляло бы принимать меры по ограничению выбросов CO 2. Но поскольку эти выбросы невидимы и, более того, равномерно распределяются над всей планетой, у нас мало стимулов что-либо делать в этом направлении [100] В замечательном научно-популярном сериале «Космос: пространство и время» (Cosmos: A Spacetime Odyssey) Нила Деграсса Тайсона, вышедшем на экраны в 2014 г., показано, как выглядел бы город, если бы CO 2 был пурпурным газом. Его эмиссия тогда считалась бы общественной угрозой. .

К 1960 г. глобальная концентрация СО 2в атмосфере достигла 315 ppm, увеличившись за последние 160 лет на столько же, на сколько за предыдущие 11 000 лет. Скорость роста составила 0,22 ppm в год — в 20 раз быстрее, чем в позднем плейстоцене, когда на Земле началось значительное потепление. В 1990 г. мы пересекли отметку в 350 ppm, которую многие климатологи считают верхним порогом для поддержания голоценовой климатической стабильности, после прохождения которого предположительно должны запуститься сокрушительные механизмы положительной обратной связи. К 2000 г. концентрация СО 2достигла 370 ppm, увеличиваясь со скоростью 2 ppm в год. На момент написания этой книги был пробит потолок в 400 ppm, и скорость роста продолжает нарастать.

Даже в плейстоцене с его дикими климатическими скачками уровень CO 2в атмосфере никогда не превышал 400 ppm — в последний раз подобная концентрация наблюдалась в плиоцене более 4 млн лет назад. И конечно же, нынешняя скорость роста уровня CO 2является беспрецедентной для плейстоцена. Ближайший аналог — климатический кризис, случившийся 55 млн лет назад на границе двух самых ранних эпох в начале кайнозойской эры: палеоцен-эоценовый (или позднепалеоценовый) термический максимум, также известный под менее громоздкой аббревиатурой ПЭТМ.

Подобно сообщениям очевидцев землетрясений, керны морских осадочных отложений, взятые в десятках точек по всему земному шару, хранят яркие свидетельства о позднепалеоценовом термическом максимуме. Все они рассказывают одинаковую историю о пережитом шоке: резкий рост температур на 5–8 °C (зафиксированный в соотношениях изотопов кислорода в микроокаменелостях) сопровождался одновременным скачком кислотности воды в океане (отмеченным резким уменьшением количества материала кальцитовых раковин в осадках) и огромным притоком углерода из какого-то биогенного источника (о чем свидетельствует его необычно высокое обогащение изотопом 12C по сравнению с 13C) [101] Относительное количество 13 C и 12 C в геологическом образце обычно указывается как отклонение соотношения 13 C/ 12 C в данной породе (как правило, известняке) от международного стандарта («эталонного» образца кальцита). Это отклонение называется δ 13 С («дельта C-13») и определяется как [( 13 C/ 12 C образца — 13 C/ 12 C стандарта)/ 13 C/ 12 C стандарта] × 1000. (Умножение на 1000 используется для получения целочисленных значений; вариации в соотношении 13 C/ 12 C измеряются в частях на тысячу.) Изменение значения δ 13 С в породе за некоторый период времени, обозначаемое как Δδ 13 C («дельта-дельта С-13»), является мерой нарушения углеродного цикла. Отрицательное значение Δδ 13 C указывает на высвобождение биогенного (фиксированного путем фотосинтеза) углерода. Положительное значение указывает на тенденцию к секвестрации органического углерода и/или на преобладание вулканического CO 2 над выбросами биогенного углерода. См. также приложение III. . Летопись окаменелостей подтверждает, что в экосистеме океана произошел серьезный сбой: значительно сократилась численность многих видов планктона, а вымирание донных микроорганизмов, называемых бентосными фораминиферами, указывает на то, что были затронуты даже глубоководные слои океана. Эти потрясения, в свою очередь, вызвали масштабную реорганизацию всей морской пищевой цепи. На суше более жаркие и засушливые условия спровоцировали массовое переселение многих видов млекопитающих и стали причиной вымирания пятой части всех видов растений, неспособных к такой быстрой миграции. Морские и наземные данные указывают на то, что после ПЭТМ океанам и биосфере потребовалось около 200 000 лет, чтобы достичь нового равновесия [102] McInerney, F., and Wing, S., 2011. The Paleocene-Eocene Thermal Maximum: A perturbation of carbon cycle, climate, and biosphere with implications for thefuture. Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences , 39, 489–516. .

Изменения в соотношениях изотопов углерода позволяют рассчитать вероятное количество углерода, выделенного в атмосферу на протяжении всего ПЭТМ: большинство оценок попадает в диапазон от 2000 до 6000 млрд метрических тонн, или гигатонн (Гт), углерода {14} 14 Иногда выбросы углерода указываются в гигатоннах СО 2 , а не чистого C; в этом случае величина получается в 3,7 раза больше, поскольку СО 2 имеет бо́льшую молекулярную массу. . Чтобы вы могли лучше представить себе, что значит 2000–6000 Гт углерода, сравните: на сегодняшний день совокупные антропогенные выбросы углерода составляют около 500 Гт, четверть из которых приходится на период после 2000 г. Учитывая, что уровень эмиссии по-прежнему растет, к 2100 г. мы можем достичь и даже превзойти нижний предполагаемый порог углеродных выбросов в ходе ПЭТМ.