Земля далеко не всегда была холодной планетой с ледниками и полярными шапками. После вымирания динозавров она на десятки миллионов лет погрузилась в так называемый "тепличный" режим с высокими температурами и повышенным уровнем моря. Новое исследование показывает, что ключ к завершению этой эпохи мог скрываться в химии океана. Об этом сообщает Earth.
Когда Земля была теплее, чем сегодня
После событий 66-миллионной давности планета долгое время находилась в состоянии устойчивого тепла. Ледников не существовало, а климат во многих регионах напоминал тропический. Однако постепенно Земля начала охлаждаться, что в итоге привело к формированию ледяного покрова Антарктиды, а затем и Северного полушария.
Причины этого длительного перехода ученые обсуждают десятилетиями. Среди возможных факторов назывались тектонические процессы, вулканизм и изменение циркуляции океана. Теперь в этот список добавился еще один кандидат — кальций, растворенный в морской воде.
Что произошло с кальцием в океане
Международная группа ученых под руководством Университета Саутгемптона пришла к выводу, что за последние 66 миллионов лет концентрация растворенного кальция в океане снизилась более чем вдвое. Это химическое изменение могло сыграть важную роль в снижении уровня углекислого газа в атмосфере.
"Наши результаты показывают, что уровень растворенного кальция был в два раза выше в начале кайнозойской эры по сравнению с сегодняшним днем", — сказал ведущий автор исследования, геохимик Дэвид Эванс.
По его словам, при высоком уровне кальция океан иначе взаимодействовал с углеродом, высвобождая больше CO₂ в атмосферу. По мере снижения концентрации кальция этот процесс развернулся в обратную сторону.
Как кальций связан с климатом
На первый взгляд кальций кажется второстепенным элементом для климата, но в океане он играет ключевую роль в карбонатной системе. Именно она определяет, сколько углерода удерживается в морской воде и сколько в итоге возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.
Многие морские организмы — от планктона до кораллов — используют кальций для построения раковин и скелетов из карбоната кальция. После их гибели часть этого материала оседает на дно и захоранивается в осадках, выводя углерод из круговорота на миллионы лет.
Когда такие процессы идут интенсивнее, атмосфера постепенно теряет CO₂. Если же условия меняются, океан может, наоборот, "утекать" углеродом обратно в воздух.
Реконструкция древнего океана
Поскольку образцов древней морской воды не существует, ученые использовали косвенные данные. Они изучили окаменевшие раковины фораминифер — микроскопических организмов, обитавших в океане и сохранившихся в донных отложениях.
Химический состав этих раковин отражает состав морской воды в момент их жизни. Анализ осадочных кернов позволил создать подробную картину изменения концентрации кальция на протяжении всей кайнозойской эры.
Полученные данные хорошо совпали с независимыми оценками уровня атмосферного CO₂, что заставило исследователей проверить гипотезу с помощью компьютерного моделирования.
"Углеродный сейф" океана
Модели показали, что изменение концентрации кальция способно влиять на эффективность захоронения углерода в морских отложениях. Проще говоря, океан со временем стал лучше "запирать" углерод.
"Этот процесс эффективно извлекает углекислый газ из атмосферы и надолго удерживает его", — отметил соавтор работы, исследователь Тунцзийского университета Сяоли Чжоу.
Такой механизм не вызывает резких климатических скачков, но хорошо объясняет медленное и устойчивое охлаждение планеты на протяжении десятков миллионов лет.
Почему кальция стало меньше
Авторы исследования связывают снижение кальция с глубинными геологическими процессами. В первую очередь — с замедлением образования новой океанической коры на срединно-океанических хребтах.
Новая кора активно взаимодействует с морской водой, влияя на ее химический состав. Когда темпы расширения морского дна снижаются, меняется и масштаб этого обмена, что со временем может приводить к уменьшению концентрации кальция.
"Химию морской воды обычно считают следствием климатических изменений, а не их причиной", — пояснил соавтор исследования Яир Розенталь из Университета Ратгерса.
Сравнение факторов охлаждения Земли
Океаническая химия не отменяет роли тектоники, вулканизма или эволюции биосферы. Однако в отличие от кратковременных процессов, изменения состава морской воды действуют медленно, но неуклонно, создавая долгосрочный климатический тренд.
Плюсы и минусы гипотезы океанического кальция
Эта идея хорошо объясняет постепенность климатических изменений, но не претендует на универсальность.
Преимущества:
- согласуется с геохимическими данными;
- объясняет долгосрочное снижение CO₂;
- связывает климат с глубинными процессами Земли.
Ограничения:
- не учитывает все климатические факторы;
- требует дальнейших подтверждений;
- описывает тенденции, а не резкие события.
Популярные вопросы о тепличном возрасте Земли
Почему Земля была теплее после динозавров?Из-за высокого уровня CO₂ и отсутствия крупных ледников.
Может ли кальций один объяснить охлаждение?Нет, но он мог стать важным долгосрочным фактором.
Почему это исследование важно сегодня?Оно показывает, как медленные процессы могут радикально менять климат планеты.