Земля после нас: Что расскажут камни о наследии человека?

Одной из загадок ледниковых периодов были регулярные колебания содержания углекислого газа, от чуть менее 200 ppm во время максимальных оледенений до примерно 280 ppm во время теплых (до появления человека) межледниковых фаз. Озадачивала вовсе не регулярность: она, как мы видели, обусловлена астрономическими факторами: небольшими изменениями орбиты Земли и наклона оси вращения, то есть циклами Миланковича. Вопрос был в другом: куда девались несколько сотен миллиардов тонн углекислого газа во время оледенений? Их не могла поглощать наземная растительность, поскольку с наступлением ледяных щитов леса умеренной зоны сокращались, тогда как тропические леса также частично уступали место лугам, поскольку климат низких широт становился чуть прохладнее и намного суше.

Может быть, углекислый газ поглощался океаническим планктоном, который затем в больших количествах опускался на морское дно и погребался? Что ж, самое загадочное, что этого, похоже, также не происходило, скорее наоборот, во время оледенений продуктивность планктона в целом, по-видимому, снижалась, а не повышалась. Это вызывает недоумение еще и потому, что в более сухом и ветреном климате над водой разносилось больше богатой питательными веществами пыли, которая вроде бы должна была удобрять океаны и увеличивать популяции микропланктона. Однако продуктивность океанов, особенно в Арктике и Антарктике, во время этих оледенений, судя по всему, понижалась, что уменьшало поступление в илы, образующиеся во время этих фаз, определенных биогенных элементов (таких, как барий). Итак, если сверху поступало больше питательных веществ возможно, снизу их поступало меньше? Если поверхностные воды океанов во время фаз оледенений, по сути, представляли собой прочную «крышку», значит, нутриентам из глубоководных вод было труднее пробиваться наверх, чтобы питать планктон, и потому популяции планктона в целом уменьшались.

Это правдоподобный механизм, но как он объясняет снижение уровня углекислого газа в атмосфере? Здесь нужно учесть, что океан — огромное хранилище растворенного диоксида углерода, вмещающее в 50 с лишним раз больше этого газа, чем атмосфера. Глубины в данном случае особенно важны, потому что там не происходит фотосинтез, поглощающий CO₂. Наоборот, на глубине углекислый газ образуется (и сразу же растворяется) по мере окисления тонущей органической материи — мертвого микропланктона. Так что если большая часть океана накрыта «крышкой», это препятствует обмену газом между океаном и атмосферой. Учитывая огромную разницу в размерах между этими двумя всемирными хранилищами углерода, океан может лишь слегка увеличивать свои объемные запасы растворенного углекислого газа, в то время как количество углерода в (относительно) небольшом атмосферном резервуаре снизится на четверть.

Речь, конечно, идет о глубоководном хранилище. Уровень углекислого газа в залитых солнцем поверхностных слоях океана во время оледенений будет отражать его пониженное содержание в атмосфере, и поэтому разница между содержанием CO₂ (а следовательно, и между кислотностью) на глубине и на мелководье будет значительнее, чем в современном океане.

Эта история с контролирующим атмосферный углекислый газ океаном, в котором во время оледенений, по сравнению с теплыми межледниковьями, усиливается расслоение («стратификация», как говорят океанографы), звучит убедительно. Она показывает, что состав атмосферы (а следовательно, и поведение климата) находится во власти огромного, сложного гиганта, океана — или, неуклюже перефразируя поэта Джеймса Элроя Флеккера, зеленого, светозарного, винноцветного, гадами кишащего, углеродом богатого моря.[20] Поражает регулярная работа (до сих пор не открытого) простого физического океанского механизма который мог бы связать ледниковый климат с усилением стратификации морей высоких широт.

Человечество уже изменило баланс углекислого газа в системе «океан — атмосфера» почти ровно на 100 ppm по сравнению с «естественным» уровнем: то есть более чем на общую разницу между периодами оледенений и межледниковий до появления человека, — и обещает умножить эту величину в несколько раз, прежде чем ископаемое топливо закончится. Воздействие этого существенного вклада можно смоделировать на примере будущих океанов. Но эта простая модель не способна учесть те цепные реакции, которые скорее всего возникнут в результате сбоя системы «океан — климат», подвергшейся вмешательству человека. В частности, цепная реакция почти наверняка нарушит систему океанских течений, поскольку изменение климата медленно влияет на распределение океанских температур, как буксир постепенно меняет направление движения океанского лайнера и как, скажем, таяние льда меняет соленость, а следовательно, плотность полярных вод.