Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

изотопов. Однако у такой идеи нет никаких доказательств — например, подходящего ударного кратера. Другие сценарии предполагают, что большое количество углекислого газа в атмосфере появилось в результате быстрого окисления органического углерода, сохранявшегося в осадочных отложениях. Например, одна идея состоит в том, что в каком-то глобальном пожаре из-за засушливого климата сгорели залежи торфа, который 55 миллионов лет назад был широко распространен. Моделью для такой гипотезы послужили масштабные лесные пожары 1997 года в Индонезии, вызванные засухой, связанной с явлением Эль-Ниньо[50]. В результате пожаров за относительно короткое время образовалось очень большое количество двуокиси углерода — примерно сравнимое с годовой выработкой всего человечества. Однако мы не знаем, был ли климат ПЭТМ настолько сухим, чтобы поддерживать глобальное горение торфа. Кроме того, изотопный состав обычного органического углерода из торфа далеко не так экстремален, как состав биологического метана, а поэтому для объяснения изотопного сдвига пришлось бы брать неправдоподобно большие его объемы.

Помимо проблемы с источником углерода, палеоцен-эоценовый термический максимум таит еще одну загадку для специалистов. Данные геологической летописи показывают, что непосредственно перед ПЭТМ содержание углекислого газа в атмосфере составляло примерно 1000 частей на миллион по объему (сравните с сегодняшним значением в 385 частей на миллион). Во время ПЭТМ концентрация почти удвоилась, повысившись до 1700 или 1800 частей на миллион. Это создает определенную проблему для современных разработчиков моделей, поскольку по нынешним представлениям о чувствительности климата к увеличению диоксида углерода (ключевого параметра для прогнозирования будущего климата), удвоение содержания углекислого газа в атмосфере должно приводить к повышению температуры на полтора, максимум на четыре градуса Цельсия, причем большинство соглашается, что реальный рост будет лежать ближе к нижней границе этого диапазона. Однако во время ПЭТМ содержание углекислого газа повысилось всего в 1,7–1,8 раза, а температура на поверхности по всему миру выросла на 5–9 градусов. Естественно, это важно для прогнозирования того, как будущее увеличение выбросов парниковых газов станет влиять на климат. Возможно, существуют механизмы обратной связи, о которых мы не знаем? И означает ли это, что не имеющий полярных льдов более теплый мир, существовавший 55 миллионов лет назад — это плохой аналог для понимания современных условий? К сожалению, однозначных ответов на эти вопросы пока нет.

Тем не менее, мы немало знаем о том, как климатические изменения во время ПЭТМ влияли на флору и фауну, и это может быть неплохим ориентиром для биологических последствий текущего глобального потепления. Как указывалось в начале этой главы, для ПЭТМ характерна высокая скорость вымирания некоторых планктонных организмов, особенно фораминифер. Однако вымирание было выборочным, захватившим в основном глубоководных фораминифер: исчезло от 35 до 50 процентов этих видов, что является крупнейшим вымиранием, поразившим эту группу за последние 90 миллионов лет. Меньше всего пострадали фораминиферы, обитающие в поверхностных водах: из-за повышения температуры морской воды изменились схемы их географического распределения, однако темпы исчезновения существенно не увеличились. Существует несколько причин разницы в воздействии на мелководные и глубоководные организмы. Например, карбонат кальция легче растворяется в холодной глубокой воде; поэтому, возможно, в нижних слоях вода стала настолько кислой, что глубоководные фораминиферы не смогли сохранить свои раковины. Кроме того, глубоководные фораминиферы, привыкшие к низким температурам, могли медленнее адаптироваться к теплу, нежели их собратья, обитающие у поверхности. Есть также предположение, что окисление большого количества метана, оказавшегося в глубоких водах, могло радикально истощить запасы кислорода, что и привело к гибели фораминифер. Все эти сценарии вполне правдоподобны, но доказательств пока нет.

Летопись окаменелостей на суше не так полна, но она тоже показывает основные изменения флоры и фауны во время ПЭТМ. Задолго до открытия этого теплого интервала было известно, что в начале эоцена произошли перемены в видовом составе млекопитающих, населявших северное полушарие. Тщательное сравнение данных по окаменелостям и изотопных данных показывает, что эти перемены практически точно совпадали с тем отклонением в составе изотопов, которое определяет ПЭТМ. Например, на западе Соединенных Штатов при начале ПЭТМ внезапно появились многие новые виды млекопитающих-«иммигрантов». Эти иммигранты быстро стали доминировать в регионе, а общее разнообразие видов увеличилось. В отличие от повышения температуры при ПЭТМ, такие биологические изменения оказались постоянными: когда климат постепенно вернулся к параметрам, которые были до ПЭТМ, новая экосистема млекопитающих сохранилась. Растения на повышение температур отреагировали в основном миграцией в более высокие широты и подъемом в горы. Эта картина напоминает изменения, которые происходили во времена ледниковых и межледниковых эпох в плейстоценовом периоде, когда виды растений северного полушария неоднократно перемещались на север во время межледниковий и на юг во время ледниковий. Примерно ту же реакцию биологи начинают наблюдать в ответ на сравнительно небольшое потепление последних полуста лет: это количественно незначительное повышение температуры привело к зафиксированному перемещению некоторых видов на большие высоты и в более высокие широты.

Возможно, самый важный вывод из палеонтологической летописи времен ПЭТМ (как для морских, так и для наземных организмов) заключается в том, что даже такое мгновенное по геологическим меркам событие, длившееся немногим более 100 000 лет, может иметь серьезные биологические последствия, и что эти изменения могут сохраняться еще долгое время после того, как само событие завершилось. Некоторые следствия ПЭТМ — например, влияние на млекопитающих — проявляются даже спустя 55 миллионов лет.

Если внимательно изучать различные данные об изменениях в течение ПЭТМ, то становится понятно, что в этом интервале было несколько отдельных стадий. Это четко видно по изотопам углерода (рисунок 26). Поначалу произошло быстрое падение значений в сочетании с резким повышением глобальных температур. Затем последовал период относительной стабильности, продолжавшийся примерно 60 тысяч лет, когда изотопные значения оставались на примерно постоянном, но гораздо более низком, чем до ПЭТМ, уровне. Затем наступила фаза восстановления, когда изотопные значения стремительно возрастали, а температура падала. Примерно так же ведут себя и другие параметры, например, содержание карбоната кальция в отложениях.

Важно понимать причины таких отдельных стадий, поскольку они содержат ключ к работе климатической системы Земли. По поводу начального периода быстрых изменений споров немного: как мы видели, это был результат выброса большого количества углерода в систему океан-атмосфера. Однако причина относительно длительного интервала стабильности менее ясна. Многие геологи считают, что первоначальное добавление углерода и последующее быстрое потепление должны были перевести Землю из одного стабильного климатического состояния в другое. Идея, что различные факторы могут заставить климат переходить от одного устойчивого состояния к другому, иногда с какой-то критической точкой, получила подкрепление в ходе изучения более поздних резких изменений климата, например, позднего дриаса, который обсуждался в предыдущей главе. Тем не менее,