Кто кем управляет? Климат и углеродный цикл в постоянном взаимодействии

Антропогенное глобальное потепление долгое время представлялось относительно простой цепью причин и следствий: человечество нарушает углеродный цикл, сжигая ископаемое топливо, что повышает концентрацию CO₂ в атмосфере и, в свою очередь, ведет к росту температур. Однако становится все яснее, что это не вся история. Лесные пожары учащаются по всему миру, выбрасывая дополнительный CO₂ в атмосферу и усиливая глобальное потепление, которое изначально повысило риск возгораний. Это классический пример положительной обратной связи в климатической системе.

Чтобы выявить подобные механизмы обратной связи между климатом и углеродным циклом в естественных условиях, исследователи из MARUM — Центра наук о морской среде Бременского университета — проанализировали изотопные данные из глубоководных кернов морских отложений возрастом до 35 миллионов лет. В этих отложениях запечатлены так называемые циклы Миланковича — ритмичные изменения орбиты Земли, наклона и ориентации её оси, которые, как астрономический механизм, вызывают циклические климатические изменения. Ученые сравнили временные ряды изотопов углерода и кислорода в микрофоссилиях, используя статистические методы для определения того, изменения в какой из систем (углеродной или климатической) опережали другую.

Систематический анализ показал, что последние 35 миллионов лет можно разделить на три интервала с разным характером взаимодействия. В среднем, изменения климата (по кислородным изотопам) опережали изменения углеродного цикла, то есть климат в основном регулировал глобальную динамику углерода. Однако команда также обнаружила несколько древних периодов, когда всё было наоборот: углеродный цикл управлял изменениями климата в масштабах около 100 000 лет, как это происходит сейчас, но на гораздо более коротких временных рамках и без вмешательства человека.

Между 35 и 26 миллионами лет назад углеродный цикл брал верх преимущественно в периоды климатической стабильности, что могло быть связано с усилением эрозии и выветривания силикатных пород под расширяющимся антарктическим ледниковым щитом, что удаляло CO₂ из атмосферы. Около 26 миллионов лет назад картина радикально изменилась: углеродный цикл стал доминировать в периоды климатической нестабильности. Исследователи связывают это с поднятием Гималаев и установлением муссонного климата, где усиленные муссоны ускоряли химическое выветривание и, следовательно, удаление CO₂.

Предложенные механизмы дают новое представление о том, как климатическая система и углеродный цикл взаимодействовали в прошлом, и предоставляют сценарии для проверки современных климатических моделей в условиях, фундаментально отличных от нынешних.