Глобальное отопление, созданное руками человека, долгое время представлялось как относительно простая причинно-следственная цепочка: люди нарушают углеродный цикл, сжигая ископаемое топливо, тем самым увеличивая концентрацию CO2 в атмосфере, что, в свою очередь, приводит к повышению температуры во всем мире. "Однако становится все более очевидным, что это еще не конец истории. Лесные пожары учащаются во всем мире, выделяют дополнительный CO2 в атмосферу и еще больше усиливают глобальное потепление, которое в первую очередь увеличивает риск лесных пожаров.
Это хрестоматийный пример того, что ученые-климатологи называют механизмом положительной обратной связи », – подчеркивает Дэвид Де Влишауэр, научный сотрудник MARUM – Центра наук о морской среде при Бременском университете.
Чтобы выявить такого рода механизмы обратной связи между климатом и углеродным циклом в естественных условиях, Дэвид Де Влишауэр и его коллеги использовали изотопные данные из кернов глубоководных отложений. "Некоторые из этих кернов содержат отложения возрастом до 35 миллионов лет.
Несмотря на свой солидный возраст, эти отложения несут четкий отпечаток так называемого Миланковского? циклы. Миланкови? циклы связаны с ритмическими изменениями формы орбиты Земли (эксцентриситет), а также с наклоном (наклоном) и ориентацией (прецессией) оси вращения Земли. Как астрономический часовой механизм, Миланкови? циклы вызывают изменения в распределении солнечной инсоляции по планете и, таким образом, вызывают постепенное изменение климата », – объясняет Дэвид де Влишауэр. «Мы изучили изотопный состав углерода и кислорода микрофоссилий в отложениях и сначала использовали эксцентриситет, наклон и прецессию в качестве геологических хронометров.
Затем мы применили статистический метод, чтобы определить, приводят ли изменения в одной изотопной системе к изменчивости другого изотопа или запаздывают."
Его коллега Максимилиан Валенкамп добавляет: «Когда общая картина в обеих изотопных системах возникает в углеродной системе чуть раньше, чем в системе изотопов кислорода, мы называем это свинцом изотопов углерода. Затем мы делаем вывод, что углеродный цикл оказывает влияние на климатическую систему во время отложения наносов.«Палеоклиматологи и палеоокеанографы часто используют изотопы углерода в качестве индикатора нарушений углеродного цикла, а изотопы кислорода – в качестве косвенного показателя изменений глобального состояния климата.
Изменения изотопного состава этих глубоководных микрофоссилий могут указывать, например, на увеличение континентального накопления углерода наземными растениями и почвами или глобальное похолодание с ростом ледяных шапок.
"Систематический и непрерывный во времени анализ опережений и задержек между углеродным циклом и климатом составляет новаторский характер этого исследования.
Наш подход позволяет упорядочить историю Земли с высоким разрешением за последние 35 миллионов лет », – говорит профессор Хайко Палике. «Мы показываем, что последние 35 миллионов лет можно разделить на три интервала, каждый со своим определенным образом работы климат-углеродный цикл."В среднем авторы обнаружили, что изотопы кислорода приводят к вариациям изотопов углерода. Это означает, что в естественных условиях колебания климата в значительной степени регулируют глобальную динамику углеродного цикла. Однако исследовательская группа сосредоточилась на тех случаях, когда было наоборот. Действительно, Де Влишауэр и его коллеги нашли несколько примеров древних периодов, в течение которых углеродный цикл приводил к изменению климата в примерно 100000-летних временных масштабах, точно так же, как это происходит сейчас в гораздо более коротких временных масштабах – «но тогда, конечно, без вмешательства человека, "заявляет Палике.
В самый древний период, между 35 и 26 миллионами лет назад, углеродный цикл опережал изменение климата, в основном в периоды стабильности климата. "Периоды стабильности климата в геологической летописи часто имеют астрономическую причину. Когда орбита Земли вокруг Солнца близка к идеальному кругу, сезонные экстремальные значения инсоляции сокращаются и устанавливается более равномерный климат », – объясняет Дэвид де Влишауэр. «Между 35 и 26 миллионами лет назад такая астрономическая конфигурация была бы благоприятной для временного расширения антарктического ледяного покрова.
Мы предполагаем, что при таком сценарии интенсивность ледниковой эрозии и последующего выветривания горных пород увеличилась. Это важно, потому что выветривание силикатных пород удаляет CO2 из атмосферы и, таким образом, в конечном итоге контролирует парниковый эффект."
Но около 26 миллионов лет назад методы работы радикально изменились. Углеродный цикл взял под контроль климат во времена его нестабильности, а не стабильности. "Мы считаем, что это изменение восходит к подъему Гималаев и климатическому состоянию с преобладанием муссонов.
Когда сезонные экстремумы инсоляции усиливаются за счет эксцентрической орбиты Земли, муссоны могут стать действительно интенсивными. Более сильные муссоны допускают более сильное химическое выветривание, удаление CO2 из атмосферы и, таким образом, контроль углеродного цикла над климатом."
Механизмы, предложенные авторами, не только объясняют наблюдаемые закономерности в изотопах углерода и кислорода, они также предоставляют новые идеи о том, как климатическая система и углеродный цикл взаимодействуют во времени. «Некоторые гипотезы нуждаются в дальнейшей проверке с помощью численных моделей климата и углеродного цикла, но понимание на уровне процессов, представленное в этой работе, важно, потому что оно дает представление о механизмах нашей планеты в граничных условиях, которые в корне отличаются от сегодняшних», – говорит Де Vleeschouwer. Более того, в этой работе также представлены сценарии, которые можно использовать для оценки возможностей моделей климат-углеродный цикл, когда они прибегают к экстремальным сценариям геологического прошлого.