Земля после нас: Что расскажут камни о наследии человека?

Чтобы рассмотреть этот вопрос, нам понадобятся небольшая предыстория и несколько цифр. Сколько существует «нашего» углерода и каков его вклад в общий углеродный бюджет поверхностной окружающей среды? Что ж, в настоящее время в результате человеческой деятельности, главным образом сжигания ископаемого топлива и вырубки лесов, в воздух ежегодно выбрасывается около 7 миллиардов тонн углерода (одного только углерода: если добавить к нему атомы кислорода для образования CO₂, получится примерно 25 миллиардов тонн). В атмосфере ныне содержится около 600 миллиардов тонн углерода. Примерно половина выбросов остается в атмосфере, составляя 1,5 ppm, которые мы вносим в нее ежегодно; небольшая доля другой половины поглощается растениями в тех частях мира, где леса в настоящее время расширяются, например в северных лесах России.

Это «поглощение растениями» само по себе является лишь небольшой частью гораздо более пространного уравнения, в котором наземная растительность (суммарный объем связанного углерода около 850 миллиардов тонн) и почва (суммарный объем углерода свыше 1 триллиона тонн) ежегодно обмениваются с атмосферой примерно 60 миллиардами тонн углерода посредством парных обратных процессов: фотосинтеза и разложения вкупе с дыханием.

Большая часть этой «другой половины» нашего выброшенного в атмосферу углекислого газа просто растворяется в океане, который представляет собой гигантский резервуар, содержащий более 38 триллионов тонн углерода. Однако за это нужно платить свою цену. Диоксид углерода, растворяясь в океанах, образует угольную кислоту (Н₂СО₃). Часть этой кислоты в воде распадается на ионы гидрокарбонатов и ионы водорода, которые представляют собой просто протоны. Протоны вступают в воде в реакцию с карбонат-ионами, образуя еще больше гидрокарбонат-ионов. Это плохая новость для многих морских животных и растений, которые нуждаются в растворенных в воде карбонатах, чтобы строить свои известковые раковины и скелеты. Создание раковин и скелетов будет затрудняться и в конечном счете — по мере закисления океана — станет невозможным.

На мировом уровне за последние 200 лет произошел мощный выброс углерода в систему «атмосфера — океан», уже составивший порядка нескольких лишних сотен миллиардов тонн, и к тому времени, когда у нас закончатся уголь и нефть, эта цифра, по всей видимости, утроится. Выброс этот был чрезвычайно стремительным — гораздо более стремительным, чем при переходе от оледенения к межледниковью. Ему понадобится некоторое время, чтобы охватить всю систему не в последнюю очередь потому, что океанские воды перемешиваются очень медленно. Поверхностные воды уже заметно закислены, но потребуется по меньшей мере 1000 лет, чтобы углекислый газ распространился по всей массе океанской воды. Итак, каковы могут быть последствия?

Закисление поверхностных вод приводит к нарушению баланса между карбонат- и гидрокарбонат-ионами в пользу последних и затрудняет получение организмами карбоната кальция для построения скелетов. Чтобы оценить последствия, можно взглянуть как на прошлое, так и на настоящее. На пике последнего оледенения, когда в воздухе было меньше диоксида углерода, океаны были не такими кислыми, по крайней мере на поверхности (на глубине ситуация, пожалуй, чуть сложнее). Из слоев морского ила, отложившихся в то время, были извлечены известковые скелеты микропланктона; взвешивание показало, что эти оболочки были значительно (на несколько десятков процентов) толще, чем у современных представителей того же вида. Похоже, в закисленных морях ближайшего будущего те же самые организмы будут создавать еще более хрупкие раковины, а некоторые, возможно, вообще не смогут их создавать.

Ныне имеются опасения по поводу того, как морские организмы, в частности рифообразующие кораллы, будут справляться с новым химическим составом моря. Было подсчитано, что, когда уровень углекислого газа в атмосфере, согласно прогнозам, удвоится, производство рифового известняка может уменьшиться на 30 %. Поскольку рифы соблюдают своего рода баланс прибыли и ущерба и производство известняка должно компенсировать разрушение рифов под воздействием штормов и питающихся коралловыми полипами хищников, одно это может заставить рифы сокращаться, а не расти. Это лишь усугубит их нынешние невзгоды.

Есть еще один вариант развития ситуации, хотя и несколько парадоксальный. Как ни удивительно, но при производстве организмами карбоната кальция в процессе кальцификации выделяется углекислый газ. А когда создается молекула карбоната кальция, это может означать, что один атом углерода изымается из атмосферы. Так оно и есть. Но только в очень длительной перспективе, составляющей многие тысячи лет. В таких масштабах карбонат кальция (известняк) представляет собой гигантское, в буквальном смысле спасительное хранилище изолированного углерода. Без него на Земле, скорее всего, была бы атмосфера, сравнимая с венерианской, невероятно плотной, состоящей из углекислого газа, и температурой поверхности 400 °С.