Глобальное потепление 55 миллионов лет назад шло наоборот

Международная команда ученых описала последовательность событий глобального потепления на границе палеоцена и эоцена с рекордно большим временным разрешением. Временная шкала была составлена с шагом всего в одну тысячу лет. Оказалось, что сценарий потепления был такой: сначала произошли изменения в морской биоте, затем через 1–1,5 тысячи лет повысилась на 5–10°C температура воды, еще через 3–3,5 тысячи лет в атмосфере и морской воде увеличилось содержание углерода C13. Такая последовательность событий противоречит наиболее часто эксплуатируемой сегодня модели: выброс вулканических/антропогенных газов → парниковый эффект → потепление климата → увеличение продуктивности и разнообразия биоты.

Современное потепление климата — это одна из самых «горячих» научных тем, вокруг которой уже наросла внушительная оболочка экономических и политических решений. И всё же нужно признать, что в этой активно изучаемой области не так уж много более или менее определенных ответов. Поэтому новые данные и новые методы не столько дополняют и уточняют принятые модели потепления, сколько заставляют ученых их пересматривать и перестраивать. Именно так и выглядят результаты исследования, представленные в журнале Nature международной группой ученых с кафедры палеоэкологии биологического факультета Утрехтского университета (Нидерланды), Королевского института морских исследований (Нидерланды, Утрехт), факультетов наук о земле Калифорнийского университета (США, Санта-Круз) и Университета Райса (США, Хьюстон).

Изучение потепления климата может полагаться не только на данные современных климатических и биосферных трендов, но и на биосферные портреты потеплений/похолоданий в прошлые эпохи. Ученым хорошо известны чередования холодных и теплых эпох в прошлые времена, однако перевести картины прошлого на современность пока не удается. Основное препятствие состоит в крупномасштабности временных шкал для прошлых климатических событий: палеонтологи оперируют единицами в миллион лет, а масштаб в сотни тысяч лет считается уже очень точным. Для сопоставления с современными событиями хотелось бы иметь временную шкалу в сотню или хотя бы в тысячу лет.

И вот всё же ученым удалось добиться исключительно детальной для палеонтологии картины природных изменений. Их временная шкала — это тысяча лет. Такое разрешение удалось получить очень простым способом: для изучения был выбран такой участок древнего шельфа, на котором зафиксирована необыкновенно высокая скорость накопления осадков. Это значит, что и время, отраженное в этой толще осадков, растянулось. Такие отложения были известны по скважинам в Нью-Джерси, они фиксируют потепление климата на рубеже палеоцена–эоцена (Paleocene–Eocene Thermal Maximum, PETM). Это событие произошло около 55 млн лет назад и продолжалось «недолго» — всего 200 тысяч лет.

Потепление климата на палеоцен-эоценовом рубеже сопровождалось резким снижением содержания в атмосфере и океане изотопа углерода C13. Подобное явление происходит из-за высвобождения углерода в атмосферу в результате вулканической деятельности, выхода метаногидратов, растворения морских карбонатов. Предполагается, что усиление вулканической деятельности и выброс из мантии углеродсодержащих соединений вызывает парниковый эффект и в результате наступает потепление климата. Потепление влечет за собой увеличение биомассы и разнообразие морской живности, ускоренный рост зеленых растений и водорослей.

Можно было бы ожидать именно такой сценарий и в летописи палеоцен-эоценового потепления. Тем более что в распоряжении ученых были не только данные по изотопному составу углерода (то есть показатель выброса в атмосферу углерода из мантии и коры), но и данные палеотемператур и обилия морских водорослей. В качестве палеотермометра был использован метод, основанный на оценке количества остатков липидных мембран бактерий-архей, — TEX86 (см. Towards calibration of the TEX86 palaeothermometer for tropical sea surface temperatures in ancient greenhouse worlds // Organic Geochemistry. V. 38. P. 1537–1546). Этот метод измерения палеотемператур был разработан несколькими годами ранее специалистами из Утрехтского университета. Для измерения обилия морской биоты использовали разнообразие микроскопических водорослей Apectodinium.

Но оказалось, что сценарий потепления на границе палеоцена—эоцена был совсем не похож на гипотетический. Сначала резко возросло разнообразие и обилие микроводорослей, затем, примерно через полторы тысячи лет, наступило увеличение поверхностной температуры воды от 24–31 до 35–41°C. А выброс углерода в воду и атмосферу начался только через 3–3,5 тысячи лет после потепления климата. За время этих природных изменений разнообразие и обилие микроводорослей не менялось. Это означает, что в море все основные биотические события случились до потепления и до зафиксированного минимума C13. То есть всё оказалось наоборот по сравнению с тем, что предполагалось! Это значит, что для данного события прошлого существующие модели потепления климата не годятся, или не столь уж надежны модели изменения изотопного состава углерода в море и атмосфере. А какие модели годятся — пока неизвестно.

В качестве рабочей гипотезы, объясняющей отставание углеродного минимума от потепления, авторы исследования предложили следующую цепочку явлений: потепление атмосферы и поверхности воды → прогрев всего столба воды и верхних слоев океанического ложа → постепенное растворение метаногидратов и выброс их в океаническую воду и в атмосферу. Но вот почему произошло изначальное потепление атмосферы на границе палеоцена–эоцена, пока не известно.