Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Промышленная революция конца XVIII – начала XIX века ознаменовала появление нового крупного источника выбросов CO₂ в атмосферу – сжигания ископаемого топлива. Сначала, в последние десятилетия XVIII века, жгли уголь, затем, в 1820-х годах, – природный газ, а потом, в 1860-х годах, – нефть, благодаря чему произошел взрывной рост обрабатывающей промышленности и производства стали, создавших современный мир. Все эти три вида топлива производятся из материала растений (а также небольшого количества водорослей и планктона), существовавших в период от 360 до 66 миллионов лет назад (см. гл. 12). Как и их современные сородичи, древние С3-растения, произраставшие густыми лесами, избирательно относились к поглощению ¹³CO₂, вследствие чего в их ископаемых останках наблюдается низкое соотношение ¹³C/¹²C. Сегодня мы ежегодно сжигаем около 40 миллиардов тонн этих древних растений с дефицитом ¹³C, а значит, общее соотношение ¹³C/

¹²C в атмосфере должно снижаться.

И именно это мы видим, когда анализируем соотношение изотопов в старой древесине. Начиная примерно с 1800 года содержание ¹³C в атмосфере неуклонно снижается, и темпы этого снижения ускоряются по мере того, как мы используем все больше ископаемого топлива. Доиндустриальный уровень содержания CO₂ в атмосфере составлял 280 частей на миллион, тогда как сегодня он составляет 420 частей на миллион – иными словами, он возрос на 50 %. Между тем соотношение ¹³C/¹²C снизилось на 0,22 % с 1750 года по настоящее время из-за выброса молекул топлива, обедненных ¹³C⁸.

Откуда нам известно, что дело в ископаемом топливе, а не в современных растениях? Они также избирательно поглощают ¹³

C, поэтому, когда они умирают и/или сгорают, они также выделяют в атмосферу CO₂, обедненный изотопом ¹³C. Ответ на этот вопрос нам дает еще более тяжелый изотоп ¹⁴C. Поскольку он движется медленнее, чем¹³CO₂, вероятность попадания ¹⁴CO₂ в молекулы растений еще меньше. Но, как мы видели в главе 8, в них достаточно радиоактивного изотопа, чтобы с его помощью мы могли определить пределы колебаний в скорости его образования и установить возраст

¹⁴C. Однако возраст самых молодых видов ископаемого топлива составляет 66 миллионов лет. Это означает, что прошло 66 000 000 лет/5 731 год = 11 518 периодов полураспада: таким образом, в ископаемом топливе не осталось никаких атомов ¹⁴C. Поскольку мы наблюдаем резкое снижение содержания ¹⁴CO₂ на 4 % за десятилетие, становится очевидным, что новый CO₂ в атмосфере поступает из источника, гораздо более бедного ¹⁴CO₂, чем современные растения.

К сожалению, из-за небольшого осложнения мы не можем сделать этот вывод на основе непосредственных наблюдений, отчего нам и приходится обращаться к моделям. В главе 8 мы уже говорили о том, что испытания ядерного оружия, проходившие с 1950 по 1963 год, привели к огромному выбросу ¹⁴

C по всей планете, и первоначально весь он находился в атмосфере. Этот искусственный избыток ассимилировался растениями, почвой и океанами на протяжении шестидесяти последних лет, поэтому количество ¹⁴С неуклонно снижается до фонового уровня. Когда эта книга выйдет в печать, мы как раз пройдем границу, которая наблюдалась в 1950 году. Тогда уровень уже был ниже, чем до начала Промышленной революции – из-за того, как много ископаемого топлива мы потребили до этого срока, – и подсчеты показывают, что резкий подъем ¹⁴C, вызванный ядерными испытаниями (бомбовый эффект), сократился до нескольких процентных пунктов от первоначального значения, а к 2030 году он полностью исчезнет, после чего снижение, вызванное сжиганием ископаемого топлива, будет продолжаться примерно на 3,5 % за десятилетие⁹.

Столь высокие темпы снижения невозможно объяснить умеренной избирательностью, с которой современные растения поглощают ¹⁴С. Причиной может стать лишь то, что в атмосферу добавляется CO₂, полностью лишенный этого радиоактивного изотопа, – иными словами, его источником оказываются давно умершие растения в ископаемом топливе, и деятельность человека однозначно меняет химический состав атмосферы Земли.

Температуры со времен последнего ледникового периода

Мы уже говорили о том, что климатическая система сложна, и если мы хотим расширить свои скромные записи о климате прошлого, где пока что зафиксированы лишь события минувшего века, то нам необходимы заменители термометров и гигрометров, которыми мы не располагали ни тысячу, ни десять тысяч, ни сто тысяч лет тому назад. Один из лучших индикаторов, позволяющих нам изучить всю историю человеческой цивилизации, – это соотношение изотопов в древесных кольцах.