До эпохи ископаемого топлива минералы Земли контролировали уровень CO₂

В течение миллионов лет уровень углекислого газа в атмосфере регулировался тонко настроенной системой естественной обратной связи, которую недавно перегрузили антропогенные выбросы. Исследование Гавайского университета и Института Карнеги, опубликованное в онлайн-версии журнала Nature Geoscience, связывает стабильность доиндустриальной эпохи с взаимосвязью между CO₂ в атмосфере и разрушением минералов в земной коре. Хотя этот процесс происходит слишком медленно, чтобы остановить историческое накопление CO₂ от человеческой деятельности, открытие дает ученым новое понимание сложности углеродного цикла.

Кен Калдейра из Отдела глобальной экологии Института Карнеги и Ричард Зеебе из Гавайского университета изучили уровень CO₂ в атмосфере за последние 610 000 лет, используя данные пузырьков газа, заключенных в антарктических ледяных кернах. Они использовали эти записи вместе с геохимическими данными морских отложений, чтобы смоделировать, как CO₂, выделяемый в атмосферу вулканами и другими природными источниками, в конечном итоге возвращается в земную кору через углеродсодержащие минералы.

При росте уровня CO₂ в атмосфере ускоряются химические реакции разрушения силикатных минералов в почвах. Среди продуктов этих реакций — ионы кальция, которые растворяются в воде и реками выносятся в океан. Морские организмы, такие как моллюски, соединяют ионы кальция с растворенным CO₂ для построения своих раковин (карбонат кальция), что удаляет из океана как кальций, так и CO₂, восстанавливая баланс.

Исследователи обнаружили, что в течение сотен тысяч лет равновесие между поступлением и удалением CO₂ отклонялось не более чем на 1–2%, что является ярким признаком работы естественной системы обратной связи. Эта природная обратная связь действует как термостат, критически важный для долгосрочной стабильности климата. В истории Земли она, вероятно, помогала предотвращать неконтролируемый парниковый эффект и глобальное оледенение в масштабах миллионов и миллиардов лет — необходимое условие для поддержания жидкой воды на поверхности планеты.

«Система тонко настроена, — говорит Калдейра. — Этот дисбаланс в 1–2% выражается в средней величине дисбаланса естественных выбросов CO₂, которая в тысячи раз меньше, чем наши текущие выбросы от промышленности и уничтожения лесов».

Предыдущие исследователи предполагали существование такой системы, но исследование Калдейры и Зеебе предоставляет первые наблюдательные доказательства, подтверждающие теорию, и подтверждает её роль в стабилизации углеродного цикла. Однако, поскольку она работает в столь длительных временных масштабах — масштабах эрозии и сноса материала в море, — эта геологическая система обратной связи мало что может предложить для решения текущего климатического кризиса.

Естественное поступление CO₂ в атмосферу и океаны от вулканов и гидротермальных источников составляет около 0,1 млрд тонн углерода в год. Человеческая промышленная деятельность и сведение лесов добавляют углерод примерно в 100 раз быстрее — около 10 млрд тонн углерода в год.

«Дисбаланс в углеродном цикле, который мы создаем своими выбросами, огромен по сравнению с теми дисбалансами, которые наблюдались за время, охваченное ледяными кернами ледниковых периодов, — отмечает Калдейра. — Мы выбрасываем CO₂ слишком быстро, чтобы ожидать, что природа в ближайшее время уберет наш беспорядок. Продолжающееся сжигание угля, нефти и газа приведет к долгосрочным изменениям нашего климата и химии океана, которые продлятся многие тысячи лет».