Зачем нужна геология - Дуг МакДугалл

Роль ученых сейчас заключается в отслеживании, анализе и моделировании климатической системы (в прошлом и в настоящем), а также в прогнозировании возможных последствий тех или иных действий, которые может предпринять наше общество, столкнувшись с ростом концентрации парниковых газов. Прогнозирование — важная часть этой работы, однако все прогнозы — от оценки общемировой температуры через столетие до предсказания победителя Супербоула[73] в следующем году — страдают неопределенностью. Ключом к точному прогнозированию является снижение неопределенности до минимально возможного уровня. В случае климата это означает, что модели должны включать все известные факторы, влияющие на климат, от альбедо поверхности до облачности и циркуляции океанов; что в модели необходимо встраивать высокое временное и географическое разрешение, чтобы можно было следить за короткими интервалами времени и небольшими участками территории; что необходимо хорошо понимать причины и природу прошлых изменений климата. К счастью, во всех этих областях за последние годы достигнут большой прогресс, чему способствовала доступность вычислительных мощностей. Несмотря на критику, которая появляется в СМИ, точность климатических моделей быстро совершенствуется, а доверие к их предсказаниям растет. Трудность состоит в необходимости убедить политиков и население в том, что последствия прогнозируемого повышения температуры требуют, чтобы мы начали действовать уже сегодня, и проблема усугубляется общемировыми масштабами этого явления.

Повышение кислотности океанов предсказать гораздо легче, чем изменения климата, потому что этот процесс прост: из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере всё большее его количество растворяется в морской воде, и она становится более кислой. Растворимость газа хорошо известна, и поэтому довольно просто вычислить, какой будет кислотность при определенной концентрации газа в атмосфере. Проблема — не для ученых, а для океана — состоит в том, что нынешний рост двуокиси углерода не имеет прецедентов. Те природные процессы отрицательной обратной связи, которые уменьшают количество углекислого газа в атмосфере (например, усиление выветривания континентальных горных пород или нейтрализация кислотности океана посредством растворения осадочного карбоната кальция) работают во временных масштабах, которые гораздо больше, чем те несколько столетий, когда люди будут добавлять огромное количество диоксида углерода в систему океан-атмосфера (мы каждый час добавляем в атмосферу больше миллиона тонн этого вещества). По сравнению с этим интервалом океаны перемешиваются медленно, а это означает, что в краткосрочной перспективе повышение кислотности затронет в основном поверхностные воды, находящиеся в прямом контакте с атмосферой (океанологи обнаружили измеримое повышение кислотности поверхностных вод только в последние два десятилетия; со времен начала промышленной революции повышение составило 30 %). Потребуются тысячи лет, чтобы эти воды прошли через весь океан.

Возможно, из-за того, что в центре внимания вечно оказывалось глобальное потепление из-за увеличения количества парниковых газов, повышение кислотности океана до последнего времени оставалось в тени, и исследования последствий такого процесса находятся на начальной стадии. Однако существуют национальные и международные программы по изучению этого явления, и эта тема, несомненно, будет все чаще и чаще привлекать к себе внимание. То, что известно на сегодняшний день, не обнадеживает. Например, лабораторные исследования показывают, что с повышением кислотности воды замедляется размножение некоторых морских обитателей — в частности, это касается таких важных промысловых видов, как устрицы. Этот процесс негативно повлияет на большинство морских организмов, которые строят раковины и скелет из карбоната кальция: у них будет меньше возможностей создавать себе прочные опорные и защитные конструкции. Здесь важнейшими организмами являются кораллы. Коралловые рифы обеспечивают защиту от волн и штормовых нагонов, а также являются важными экосистемами для множества морских обитателей, включая ценных промысловых рыб[74].

Узнавать такие факты неприятно, и мне бы не хотелось заканчивать книгу на этой пессимистической ноте. Проблемы вроде глобального потепления и повышения кислотности океанов могут иногда показаться настолько серьезными и безразличными к действиям отдельных людей, что возникает соблазн просто сдаться и игнорировать их. Однако признание проблемы — первый шаг к ее решению, и общественное мнение здесь имеет значение. Я думаю, что об этом свидетельствуют действия правительств и организаций по всему миру: несмотря на интересы корпораций и экономическое давление, они сейчас делают первые шаги, направленные на поддержание более стабильной среды на поверхности планеты. Некоторые из этих шагов были немыслимы всего 25–30 лет назад. Прогресс иногда кажется мучительно медленным, но он все же есть. Если антропоцен — это эпоха, когда люди стали геологической силой, то он может также стать временем, когда люди используют свои знания, чтобы исправить хотя бы часть негативных последствий своей деятельности. А для этого нужно всесторонне понимать, как наша планета функционирует сейчас, и как она развивалась на протяжении своей долгой истории. Это должно быть ясно всем, и именно поэтому геонауки действительно нужны и важны.

Библиография и рекомендуемая литература

Предисловие к русскому изданию

D. I. Benn et al. Orbitally forced ice sheet fluctuations during the Marinoan Snowball Earth glaciation. Nature Geoscience 8 (2015): 704–707.

M. Brown, T. Johnson and N. T. Gardiner. Plate tectonics and the Archean Earth, Ann. Rev. Earth Planet. Sci 48 (2020): 291–320.

S. D. Burgess, J. D. Muirhead and S. A. Bowring. Initial pulse of Siberian Traps sills as the trigger of the end-Permian mass extinction. Nature Communications 8 (2018):164. DOI: 10.1038/ S41467-017–00083-9.

M. E. Clapham and P. R. Renne. Flood basalts and mass extinctions. Aww. Rev. Earth Planet. Sci. 47 (2019): 275–303.

P. W. Crockford et al. Linking continents through triple oxygen isotope anomalies. Geology 46 (2018): 179–182.

S. P. S. Gulick et al. The first day of the Cenozoic. PNAS 116 (2019) 19342-19351).

S. MacLennan et al. The arc of the Snowball: U-Pb dates constrain the Islay anomaly and the initiation of the Sturtian glaciation. Geology 46 (2018): 539–542.

R. M. Palin et al. Secular change and the onset of plate tectonics on Earth. Earth-Sci. Rev. 207 (2020): 103172.

A. D. Rooney et al. A Cryogenian chronology: two long-lasting synchronous Neoproterozoic glaciations. Geology 43 (2015): 459–462.

He Sun et al. Rapid enhancement of chemical weathering recorded by extremely light seawater lithium isotopes at the Permian-Triassic boundary. PNAS 115 (2018): 3782–3787.

Глава 1

Bowring, S., D. Н. Irwin, Y. G. Lin, М. W. Martin, К. Davidek, and W. Wang. 1998. U/Pb Zircon Chronology and Tempo of the End-Permian Mass Extinction. Science 280:1039–45.

Cutler, Alan. 2003. The Seashell on the Mountaintop: A Story of Science, Sainthood, and the Humble Genius Who Discovered a New History of the Earth. New York: Dutton.

Gradstein, Felix M., James G. Ogg, and Alan G. Smith, eds. 2005. A Geologic Time Scale 2004. Cambridge: Cambridge University Press. [Варианты