История климата Земли отмечена периодическими изменениями, которые обычно приписывают солнечному излучению, достигающему поверхности Земли. Эта инсоляция не является постоянной в течение геологического времени, а модулируется циклическими изменениями орбитальных параметров Земли. Одним из ключевых параметров, влияющих на инсоляцию, является наклон оси вращения Земли (наклон), который периодически изменяется с течением времени с продолжительностью цикла около 40 000 лет.
Химические и изотопные признаки отложений, которые были отложены в течение мелового и других периодов истории Земли, документируют регулярные изменения температуры и круговорота углерода в этой временной шкале. Циклы в 40 тысяч лет, наблюдаемые в геологических климатических архивах, считаются результатом изменений инсоляции, вызванных наклоном, влияющих на температуру поверхности, циркуляцию океана и атмосферы, гидрологический цикл, биосферу и, в конечном итоге, углеродный цикл.
Одна из проблем этой стандартной теории состоит в том, что изменения глобальной инсоляции очень малы и должны усиливаться плохо изученными механизмами положительной обратной связи, чтобы повлиять на глобальный климат.
Группа ученых из Киля, Германия, предлагает совершенно иную точку зрения, которая вытекает из новой числовой модели морской биосферы. Он моделирует круговорот биомассы планктона в океане и решает связанные с ним реакции микробного окисления и восстановления, контролируя постоянные запасы растворенного кислорода, сульфида, питательных веществ и планктона в океане. В своих модельных экспериментах ученые неожиданно обнаружили самоподдерживающийся климатический цикл в 40 тысяч лет, используя биогеохимическую модель, интегрированную в модель циркуляции Мелового океана, без применения наклонного давления.
«В нашей модели углеродный цикл в значительной степени контролируется планктоном, живущим на поверхности океана», – объясняет проф. Доктор. Клаус Валльманн из GEOMAR, ведущий автор исследования, недавно опубликованного в журнале Nature Geoscience.
Планктон потребляет атмосферный CO2 посредством фотосинтеза и микроорганизмами, которые разлагают биомассу планктона и выделяют CO2 обратно в атмосферу. Поскольку CO2 является мощным парниковым газом, биологический оборот CO2 влияет на температуру поверхности и глобальный климат.
Рост планктона контролируется питательными веществами, которые принимают участие в различных реакциях микробного окисления и восстановления.
«Мы интегрировали эту новую биогеохимическую модель в модель циркуляции мелового океана, и она создает самодостаточный 40-тысячелетний климатический цикл без применения силы наклона», – говорит д-р.
Саша Флогель, соавтор GEOMAR. «С нашей точки зрения, цикл вызван сетью положительных и отрицательных обратных связей, которые коренятся в кислородозависимом круговороте азота, фосфора, железа и серы в океане. Химические и изотопные данные, записанные в отложениях, отложенных в меловом океане, показывают периодические изменения, которые согласуются с результатами модели ", – продолжает Флогель
В этом новом взгляде на изменение климата взаимосвязь между причинами и следствиями радикально отличается от стандартной орбитальной теории. Морская биосфера, а не инсоляция, задает темп и амплитуду, контролируя парциальное давление CO2 в атмосфере. «Наша новая теория подтверждена наблюдениями и согласуется с нашим пониманием биогеохимических циклов в океане», – говорит проф. Wallmann.
"Однако наклон и другие параметры орбиты также могут повлиять на глобальное изменение климата, когда их деликатное воздействие на инсоляцию усиливается механизмами положительной обратной связи.
Следовательно, периодическое изменение климата, задокументированное в геологической летописи, может отражать как дыхание биосферы, так и реакцию земной системы на внешнее орбитальное воздействие и воздействие инсоляции », – резюмирует проф. Доктор.
Вольфганг Кунт из Кильского университета, который участвовал в этом исследовании.