«Термостат» Земли может превратить глобальное потепление в мощное похолодание 

Новое моделирование показывает, что глобальное потепление может при определенных условиях вызвать долгосрочное похолодание, достаточно сильное, чтобы напоминать условия ледникового периода, утверждают исследователи из Калифорнийского университета в Риверсайде.

Когда планета сталкивается с масштабными выбросами углерода и потеплением, естественные процессы охлаждения иногда могут выходить за рамки допустимого, приводя к резкому падению глобальной температуры значительно ниже исходного значения. В компьютерном моделировании учёные наблюдали «переохлаждение», которое в некоторых сценариях превышало 6°C (что превышает разницу температур между современным климатом и глубинами последнего ледникового периода).

В статье, опубликованной в журнале Science, говорится, что исследователи «обнаружили, что термостат выветривания силиката может быть «вытеснен» более чувствительным термостатом захоронения органического углерода, который затем начинает доминировать в долгосрочном регулировании климата». Это открытие добавляет новый уровень к научному пониманию того, как Земля поддерживает пригодную для жизни температуру на протяжении сотен тысяч лет.

Ученые долгое время считали, что стабильность климата Земли зависит главным образом от силикатного выветривания, при котором горные породы разрушаются и поглощают углекислый газ из атмосферы. С повышением температуры выветривание ускоряется, удаляя избыток CO2 и охлаждая планету в предсказуемом цикле.

Однако это новое исследование раскрывает более хаотичную реальность. Используя передовую модель Земли cGENIE, учёные смоделировали масштабные выбросы углерода в атмосферу (аналогичные крупным вулканическим извержениям на протяжении всей истории Земли).

Вместо постепенного и равномерного похолодания, предсказываемого традиционными моделями, произошли резкие перепады температур. Что является причиной этой нестабильности? Микроскопические морские организмы и производимая ими органика.

Глобальное потепление ускоряет выветривание горных пород на суше, высвобождая в океаны питательные вещества, такие как фосфор. Эти питательные вещества способствуют бурному развитию морской жизни, которая в конечном итоге погибает и опускается на дно. В водах, бедных кислородом, это зарытое органическое вещество с поразительной эффективностью удаляет углерод из атмосферы, поглощая больше CO2, чем было добавлено в результате первоначального потепления.

Протестировав 25 различных сценариев с различными уровнями кислорода в атмосфере и химическим составом океана, исследователи обнаружили наиболее сильное переохлаждение при промежуточных условиях содержания кислорода. Согласно статье, избыточное охлаждение сохраняется даже при падении концентрации CO2 в атмосфере ниже начального значения, а глобальный приземный климат становится холоднее, чем в начале эксперимента.

В течение нескольких сотен тысяч лет после первоначального потепления температура поверхности Земли может опуститься значительно ниже исходных значений и сохраняться на этом уровне более 100 000 лет. Это открытие может помочь объяснить давнюю загадку в науках о Земле: почему ледниковые периоды группируются вокруг определённых периодов в истории планеты.

Крупные оледенения, включая эпизоды «Земли-снежка» сотни миллионов лет назад, всегда вызывали недоумение у климатологов, использующих традиционные модели. Недавно выявленный механизм нестабильности работает оптимально, когда уровни кислорода в атмосфере и океане находятся в определённом диапазоне, соответствующем условиям во время крупных оксигенационных переходов в истории Земли.

Как Великая оксигенация 2,5 миллиарда лет назад, так и повышение уровня кислорода в позднем докембрии совпали с сильными оледенениями. Исследование показывает, что «быстрые обратные связи с участием органического вещества не только необходимы для восстановления земной системы после возмущений, но и создают неожиданную климатическую нестабильность». Согласно заключению статьи, «переохлаждение наиболее сильно выражено при промежуточных уровнях насыщения кислородом океана и атмосферы» и «обеспечивает причинно-следственную связь между крупными изменениями в насыщении кислородом в докембрии и возникновением экстремальных похолоданий на Земле, характеризующихся эффектом «снежного кома».

Исследователи изучили выбросы углерода общим объёмом 10 000 миллиардов тонн за 10 000 лет (что сопоставимо с такими крупными геологическими событиями, как палеоцен-эоценовый термический максимум, произошедший 56 миллионов лет назад). Хотя этот масштаб значительно превышает современные антропогенные выбросы, исследование показывает, как климат Земли реагирует на крупные изменения климата.

Даже в современных условиях модель предсказала умеренное похолодание менее чем на 1°C, начинающееся примерно через 100 000 лет после прекращения выбросов. Исследование предполагает, что захоронение органического углерода может сократить, а не отсрочить, время до следующего ледникового периода, вопреки некоторым предыдущим исследованиям.

Эти результаты также помогают объяснить загадочные эпизоды похолодания в геологической летописи, такие как событие во время обширной вулканической активности в меловом периоде. Ранее учёные пытались понять, почему потепление приводило к резким фазам похолодания. Теперь очевидно, что одновременно действуют несколько механизмов обратной связи, и при определённых условиях относительно быстрые биологические процессы могут подавлять более медленные геологические, которые долгое время считались доминирующими регуляторами климата.

Более того, морские экосистемы играют более активную роль в регулировании климата, чем предполагали учёные. Микроскопические организмы, управляющие циклом органического углерода, — не пассивные участники изменения климата, а активные агенты, способные кардинально менять траектории планетарной температуры.

Открытие этого механизма климатической нестабильности открывает новые направления исследований для понимания как древних климатических катастроф, так и систем, обеспечивавших обитаемость Земли на протяжении большей части её истории, предлагая новые знания о том, как эти системы иногда дают сбои. Это может заставить некоторых задуматься о том, как скоро нынешние тенденции потепления могут привести к новому ледниковому периоду.

«В конце концов, имеет ли значение, начнётся ли следующий ледниковый период через 50, 100 или 200 тысяч лет?» — заявляет соавтор исследования Энди Риджвелл, геолог из Калифорнийского университета в Риверсайде. «Сейчас нам нужно сосредоточиться на ограничении продолжающегося потепления. То, что Земля в конечном итоге остынет, пусть даже неравномерно, не произойдёт достаточно быстро, чтобы помочь нам в этой жизни».