Эффекты древних выбросов углерода указывают на возможные сценарии будущего климата

Массивный выброс парниковых газов, вероятно, спровоцированный вулканической активностью, вызвал период экстремального глобального потепления, известный как Палеоцен-эоценовый термический максимум (ПЭТМ), около 56 миллионов лет назад. Новое исследование подтверждает, что ПЭТМ предшествовал более короткий эпизод потепления и закисления океана, вызванный более кратковременной вспышкой выбросов углерода.

Новые данные, опубликованные 16 марта в журнале Science Advances, показывают, что количество углерода, выброшенного в атмосферу во время этого предшествующего события, примерно равно совокупным выбросам углерода от сжигания ископаемого топлива и других видов деятельности человека на сегодняшний день. Таким образом, кратковременное предшествующее событие демонстрирует, что может произойти, если современные выбросы удастся быстро прекратить, в то время как гораздо более экстремальное глобальное потепление ПЭТМ показывает последствия продолжения выбросов углерода при текущих темпах.

«Это была кратковременная отрыжка углерода, эквивалентная тому, что мы уже выбросили в результате антропогенных эмиссий», — сказал соавтор Джеймс Захос, профессор наук о Земле и планетах и глава кафедры здоровья океана имени Иды Бенсон Линн в Калифорнийском университете в Санта-Круз. — «Если бы мы прекратили выбросы сегодня, этот углерод в конечном итоге смешался бы с глубоководными слоями океана, и его сигнал исчез бы, потому что глубоководный резервуар огромен».

Этот процесс занял бы сотни лет — долго по человеческим меркам, но быстро по сравнению с десятками тысяч лет, которые потребовались климатической системе Земли для восстановления после более экстремального ПЭТМ.

Выводы основаны на анализе морских отложений, которые накапливались на мелководье у атлантического побережья США и теперь являются частью Атлантической прибрежной равнины. Во время ПЭТМ уровень моря был выше, и большая часть Мэриленда, Делавэра и Нью-Джерси находилась под водой. Геологическая служба США (USGS) пробурила в этом регионе керны отложений, которые исследователи использовали в своей работе.

В морских отложениях ПЭТМ отмечен резким сдвигом в изотопном составе углерода и другими свидетельствами драматических изменений химии океана в результате поглощения им больших объемов CO₂ из атмосферы. В отложениях содержатся микроскопические раковины крошечных морских существ — фораминифер, живших в поверхностных водах. Их химический состав фиксирует условия среды и показывает свидетельства потепления поверхностных вод и закисления океана.

Новаторские аналитические методы, разработанные в Саутгемптонском университете (Великобритания), позволили команде под руководством Тали Бабилы проанализировать изотопный состав бора в отдельных раковинах фораминифер и восстановить детальную запись закисления океана. «Раньше для измерения изотопов бора требовались тысячи ископаемых раковин. Теперь мы можем проанализировать одну раковину размером с песчинку», — сказала Бабила.

Свидетельства предшествующего события потепления ранее были обнаружены в отложениях континентального разреза в бассейне Биг-Хорн (Вайоминг) и некоторых других местах. Однако оставалось неясным, был ли это глобальный сигнал, так как в кернах глубоководных отложений он отсутствовал. По словам Захоса, это логично, поскольку скорость осадконакопления в глубоком океане низка, а сигнал кратковременного события теряется из-за перемешивания осадков донными организмами.

Исследователи обнаружили, что ПЭТМ присутствует во всех изученных кернах с Атлантической прибрежной равнины, а несколько из них фиксируют и предшествующее событие. Основное внимание в работе уделено двум разрезам из Мэриленда. На основе анализов команда пришла к выводу, что сигнал предшественника в этих разрезах представляет глобальное событие, которое, вероятно, длилось несколько столетий или, максимум, несколько тысячелетий.

Два углеродных импульса — кратковременный предшественник и гораздо более масштабные и продолжительные выбросы, вызвавшие ПЭТМ, — привели к принципиально разным механизмам и временным масштабам восстановления углеродного цикла и климатической системы Земли. Углерод, поглощенный поверхностными водами во время предшествующего события, смешался с глубинным океаном примерно за тысячу лет. Однако выбросы во время ПЭТМ превысили буферную емкость океана, и удаление избыточного углерода зависело от гораздо более медленных процессов, таких как выветривание силикатных пород в течение десятков тысяч лет.