Долгое время ученые считали медленное разрушение силикатных пород основным природным термостатом Земли. В этом процессе дождевая вода поглощает углекислый газ (CO₂) из атмосферы, попадает на обнаженные породы и постепенно растворяет их. Высвободившиеся углерод и кальций в конечном итоге попадают в океаны, где становятся строительным материалом для раковин и известняковых рифов, связывая углерод в морском дне на сотни миллионов лет.
«Когда планета нагревается, породы разрушаются быстрее и поглощают больше CO₂, позволяя Земле снова остыть», – объясняет Доминик Хюльзе. Однако в истории Земли были периоды, когда планета полностью замерзала, покрываясь льдом от полюса до полюса. Исследователи отмечают, что это явление нельзя объяснить одним лишь выветриванием пород, что указывает на участие других сил в таких резких похолоданиях.
Ключевая подсказка кроется в том, как океан хранит углерод. По мере повышения уровня атмосферного CO₂ и потепления планеты все больше питательных веществ, таких как фосфор, вымывается в море. Эти питательные вещества стимулируют цветение водорослей, которые поглощают углерод в процессе фотосинтеза. Когда водоросли отмирают, они опускаются на дно океана, унося углерод с собой.
В условиях потепления, однако, быстрый рост водорослей также приводит к снижению уровня кислорода в воде. При меньшем количестве кислорода фосфор имеет тенденцию к рециркуляции, а не к захоронению в отложениях. Это создает мощную обратную связь: больше питательных веществ ведет к большему количеству водорослей, которые потребляют больше кислорода при разложении, что, в свою очередь, высвобождает еще больше питательных веществ. Одновременно большое количество углерода оказывается заперто в морских отложениях, что в конечном итоге охлаждает планету.
В течение многих лет Хюльзе и Риджвелл разрабатывали усовершенствованную компьютерную модель климатической системы Земли, включающую эти сложные взаимодействия. «Эта более полная модель земной системы не всегда стабилизирует климат постепенно после фазы потепления; скорее, она может перекомпенсировать и охладить Землю значительно ниже ее первоначальной температуры – процесс, который, однако, все еще может занять сотни тысяч лет. В компьютерной модели исследования это может спровоцировать ледниковый период. С одним лишь выветриванием силикатов мы не смогли смоделировать такие экстремальные значения», – объясняет Доминик Хюльзе.
Результаты исследования показывают, что когда уровни кислорода в атмосфере были ниже, как это было в далеком прошлом Земли, эти питательные обратные связи становились более сильными и могли быть причиной серьезных ледниковых периодов, которые ознаменовали раннюю геологическую историю.
Поскольку сегодня человечество выбрасывает все больше CO₂ в атмосферу, планета будет продолжать нагреваться. Но, согласно модели ученых, в долгосрочной перспективе это может привести к новому переохлаждению. Однако следующее событие, вероятно, будет менее интенсивным, поскольку современная атмосфера содержит больше кислорода, чем в далеком прошлом, что ослабляет эффект обратной связи, связанной с питательными веществами.
«В конце концов, имеет ли большое значение, начнется ли следующий ледниковый период через 50, 100 или 200 тысяч лет?», – задается вопросом Риджвелл. «Нам необходимо сосредоточиться на ограничении продолжающегося потепления. То, что Земля естественным образом остынет, не произойдет достаточно быстро, чтобы нам это помогло».
Исследование получило поддержку от Кластера передового опыта The Ocean Floor – Earth’s Uncharted Interface, базирующегося в MARUM. Теперь Хюльзе планирует использовать модель для изучения того, как Земля иногда удивительно быстро восстанавливалась после прошлых климатических изменений и какую роль в этих восстановлениях играло океанское дно.
