Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл
Шрифт:
Интервал:
Закладка:
Таким образом, степень растворения карбоната кальция в осадочных отложениях ПЭТМ — это косвенный показатель содержания двуокиси углерода в атмосфере того времени, и вместе с информацией о сдвиге изотопов углерода они являются основой для вычисления того объема углерода, который добавился к геохимическому циклу перед началом ПЭТМ. Вопрос, какая именно часть из необходимых нескольких тысяч миллиардов тонн изначально была метаном, пока остается открытым, однако в конечном итоге он превратился в углекислый газ, практически удвоив концентрацию в атмосфере по сравнению с ее значением до ПЭТМ (которое само по себе было высоким по современным стандартам). Температура морской воды постепенно повышалась, а глобальная средняя температура на поверхности упала минимум на пять, а возможно, и на девять градусов Цельсия.
Климатические модели, включающие все доступные данные для ПЭТМ, четко показывают, что, хотя инициация этого теплого периода произошла из-за быстрого выделения колоссального количества углерода, его существование поддерживалось далее новыми выбросами — либо постоянными, либо спорадическими. Модели также предполагают, что существовали процессы обратной связи, еще не полностью изученные, которые усилили парниковое потепление. Недавно появилось любопытное предположение, которое могло бы объяснить эти и другие озадачивающие аспекты ПЭТМ. Оно основано на двух совершенно разных видах данных: поведении озер в вулканических регионах и работе тектоники плит в Северной Атлантике во времена ПЭТМ.
В 1986 году около озера Ньос в Камеруне внезапно и загадочно погибло около двух тысяч человек и множество домашнего скота. Не было ни эпидемии, ни крупного землетрясения, ни извержения вулкана, ни серьезного шторма. Вскоре стало понятно, что смерть наступила в результате удушья. Произошел выброс углекислого газа; поскольку этот газ тяжелее воздуха, то смертоносное облако накрыло окрестности озера и распространилось по низменным территориям вокруг, удушая все живое на своем пути. Как и многие другие глубокие озера, озеро Ньос имеет стратифицированную структуру: теплые поверхностные воды имеют низкую плотность, а на глубине находится более холодная и тяжелая вода, и в результате это мешает перемешиванию. Однако Ньос находится в старом вулканическом кратере, и в его нижние слои постоянно просачиваются вулканические газы. В 1986 году какое-то событие — возможно, оползень или небольшое землетрясение — нарушило стратификацию озера, вызвав подъем глубоких вод, насыщенных углекислым газом. Попав в области с пониженным давлением, углекислый газ вырвался из раствора, буквально взорвавшись на поверхности водоема фонтаном из воды и газа высотой не меньше ста метров. Точные оценки показывают, что в этом одиночном эпизоде высвободилось более полутора миллионов тонн двуокиси углерода.
Мог ли аналогичный процесс, но в гораздо большем масштабе, спровоцировать наступление ПЭТМ? Пролив, разделяющий Норвегию и Гренландию, 55 миллионов лет назад был гораздо уже, чем сейчас (с тех пор спрединг дна океана раздвинул материки). Когда вулканическая деятельность подняла морское дно в южной части пролива, образовался глубокий изолированный бассейн, отрезанный от сообщения с Атлантическим океаном. В те времена сильного потепления и Гренландия, и Норвегия обладали густой растительностью, а уровень осадков был высоким. Поэтому в этот бассейн смывалось большое количество органического материала. Бактерии в отложениях производили много метана, а в нижние слои воды просачивался диоксид углерода из подстилающих вулканических очагов. В случае стратификации бассейна оба эти газа накапливались бы в придонных водах до высокого уровня.
Аргумент о стратификации носит умозрительный характер — в геологической летописи нет данных, которые бы подтверждали или опровергали такую возможность. Однако можно опираться на правдоподобность. Во времена ПЭТМ глубина бассейна превышала километр, и в силу изолированности от Атлантического океана циркуляция воды в нем отсутствовала или была ограничена. Решающее значение для возникновения стратификации имеет разница в плотности между поверхностной и глубокой водой, и в доминирующем теплом климате (даже на широте Гренландии температура поверхности составляла 20 градусов Цельсия или больше) поверхностные воды должны быть теплыми и потому обладать низкой плотностью. Приток пресной воды на мелководьях и добавление плотной соленой воды на глубине от вулканических источников еще больше должны усиливать контраст плотностей. В таких условиях концентрация метана и углекислого газа в придонных водах бассейна повышалась бы до насыщения, пока некое событие, как в случае с озером Ньос, не нарушило бы стратификацию со взрывным высвобождением растворенных газов. Этот бассейн, по оценкам, имел площадь с современное Красное море, и, хотя оценить объем метана и диоксида углерода в придонных водах непросто (оценка зависит от деталей топографии бассейна, о которых мало известно), там должно было содержаться не менее 100 миллиардов тонн метана. Выделения такого количества более чем достаточно, чтобы вызвать зафиксированное повышение температуры в период ПЭТМ. После такого взрыва стратификация бы восстановилась, и газы в глубоких водах бассейна стали бы накапливаться заново. Цикл мог повторяться — возможно, всего за несколько десятилетий.
Такой сценарий запуска глобального потепления в случае ПЭТМ предложила международная группа исследователей из Великобритании, Ирландии и Франции в статье 2009 года в журнале Nature. Эта идея привлекательна тем, что не предполагает разрушения гидратов метана одновременно во всем мире во время какого-то катастрофического события, что всегда казалось маловероятным. Авторы статьи в Nature сравнивают изолированный бассейн в Северной Атлантике с конденсатором, который раз за разом накапливает электрический заряд и разряжается. Если в течение тысячелетий каждые несколько десятков лет из стратифицированного бассейна выбрасывалось десятки миллиардов тонн метана плюс какое-то неизвестное количество углекислого газа, то это могло бы объяснить быстрое и устойчивое повышение температуры при ПЭТМ. Продолжительная работа такого механизма (пусть даже на ослабленном уровне) также объясняла бы поддержание высоких температур на протяжении свыше 100 000 лет. Этот «метановый конденсатор» прекратил работать, а глобальные температуры начали падать, когда восстановилось сообщение между этим бассейном и водами Северной Атлантики.
Выдвинуты и другие теории о формировании ПЭТМ, причем некоторые из них в качестве причины появления добавленного углерода называют не метан, а другие источники. Одно из предположений ссылается на удар кометы, содержащей большое количество углерода с нужным составом
