Анализ соотношения разных изотопов кислорода привел ученых к неожиданному выводу: если наши представления о содержании углекислого газа в древней земной атмосфере верны, то меловой период был кратно биопродуктивнее современности.
Международная группа исследователей сравнила соотношение изотопов кислорода в костях 10 видов современных птичьих динозавров («modern avian dinosaurs»), или, выражаясь бытовым языком, птиц, с таким же соотношением в зубной эмали 22 ископаемых видов нептичьих динозавров. Результаты работы опубликовали в журнале PNAS.
Соотношение изотопов кислорода у современных птиц оказалось крайне близким к такому же у современных млекопитающих самых разных размеров. Поэтому авторы исследования пришли к выводу, что это универсальные соотношения для животных. Сравнив их с такими же у динозавров, ученые обнаружили, что в мезозое эти соотношения резко отличались.
Разница в соотношении возможна в двух случаях: если количество углекислого газа в воздухе той эпохи сильно отличалось от нынешнего и если биопродуктивность в то время была принципиально иной. Дело в том, что соотношение изотопов кислорода в атмосфере во многом диктуется активностью фотосинтезирующих организмов, получающих этот кислород из углекислого газа и воды.
Если предположить, что биопродуктивность в юрском (для него ученые использовали остатки возрастом 143-152 миллиона лет) и меловом периодах (остатки возрастом 66-73 миллиона лет) была как сегодня, содержание углекислого газа в те эпохи должно было быть иным. Для позднего юрского периода — около 1200 частей на миллион, а для позднемелового — 750 частей на миллион.
Однако из других источников известно, что уровень СО2 в воздухе тогда был существенно выше этих оценок. Из этого исследователи пришли к выводу о совсем другой биопродуктивности обеих эпох. Получилось, что в юрском периоде она была в 1,2 ± 0,17 раза выше, чем сегодня (при уровне СО2 в воздухе 1500 частей на миллион), а в позднемеловом — в 2,24 ± 0,96 раза выше (при уровне СО2 1000 частей на миллион).
С одной стороны, более высокая биопродуктивность прошлого ожидаема: как видно на графике ниже, мы живем в одном из наиболее холодных периодов в истории нашей планеты. Надолго температура падала до такого низкого уровня разве что при оледенении каменноугольного периода, вызванного экологическим дисбалансом из-за массового захоронения растительной массы в ту эпоху (они и породили мощные пласты угля, давшие название периоду). Мезозой был намного теплее, а значит, и неизбежно более биопродуктивным.
Однако совершенно неожиданно то, что поздний меловой период биопродуктивнее современности в 2,24 раза, хотя при нем средние температуры были сходными с позднеюрскими. А тот, согласно новой работе, превосходил современную Землю по биопродуктивности лишь в 1,2 раза. Бросается в глаза и высокая неопределенность в позднемеловых значениях: 2,24 ± 0,96 означают довольно широкий разброс.
То есть в любом мыслимом случае меловой период биопродуктивнее современности, но уже не столь однозначно и намного продуктивнее позднеюрского. Авторы исследования указали на причину большего разброса значения: зубы отдельных тираннозавров из позднего мела показывают отклонения от среднего по их эпохе соотношения изотопов кислорода. Такие ошибки могут отражать краткосрочные сильные флуктуации биопродуктивности в ту эпоху.
Напомним, в нашу эпоху биопродуктивность растет и уже на 31 процент выше, чем в 1900 году. Причина — не только происходящее потепление, но и, в еще большей степени, высокий уровень СО2 в воздухе. Именно этот газ — основная «пища» растений, откуда и его влияние на биопродуктивность.
К концу столетия уровень углекислого газа в воздухе Земли будет существенно выше, чем сегодня, и куда ближе к позднему меловому периоду. Следовательно, производительность фотосинтезирующих организмов может возрасти еще существеннее.