Вулканы в Андах охладили Землю, значительно активизировав жизнь в океане

Фото из открытых источников

Примерно семь миллионов лет назад океан у берегов Южной Америки изменился. В больших количествах размножились крошечные водоросли, называемые диатомеями. Киты стали крупнее, а в глубинах океана накапливалось больше питательных веществ. Со временем планета постепенно остыла. На протяжении десятилетий ученые ломали голову над тем, что же стало причиной этой запутанной сети изменений в позднем миоцене. Новое исследование указывает на игрока, который до сих пор оставался незамеченным: сами Анды, а точнее, взрывной вулканизм, который их сформировал. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Группа исследователей под руководством Барбары Каррапы из Университета Аризоны использовала окаменелости, химические данные и модели, чтобы показать, что вулканический пепел, возможно, способствовал охлаждению планеты.

Анды — самая длинная действующая вулканическая дуга на Земле, и в позднем миоцене они были особенно неспокойны. Вулканический комплекс Альтиплано-Пуна, крупнейшая на планете действующая система кремнистых магм, неоднократно подвергался суперизвержениям, пик которых пришелся на период от 8 до 4 миллионов лет назад. 

В результате этих извержений поднимались столбы мелкого пепла, несущего в открытом океане то, в чем он остро нуждается: железо, фосфор и кремний. Диатомовые водоросли, которые строят свои раковины из кремнезема, особенно выгодно получают от этого выгоду.

«Когда в океан попадает большое количество очень важных питательных веществ, поступающих из вулканов, то основные продуценты начинают активно размножаться, потому что внезапно у них появляется огромное количество питательных веществ, и это, в свою очередь, повлияет на всю морскую экосистему», — сказала Каррапа.

Географическое положение в данном случае сыграло свою роль. Западные ветры перенесли андский пепел на восток через Южную Атлантику в Южный океан, при этом часть его выпала в отдельные районы Тихого океана. Ученые могут обнаружить признаки этих изменений в ископаемых останках. В отложениях Южного океана в позднем миоцене резко увеличилось количество диатомовых водорослей.

В периоды примерно 6 и 4,5 миллионов лет назад наблюдались явные всплески продуктивности. Эти периоды совпадают с крупными вулканическими извержениями в Андах. Киты также демонстрируют значительные изменения. Около семи миллионов лет назад усатые киты начали значительно увеличиваться в размерах. Их средний размер вырос примерно с 5 до 12 метров. Самые крупные киты современности, включая синего кита, который может достигать около 30 метров, ведут свою историю от этих времен.

Вдоль тихоокеанского побережья Перу и Чили осадочные отложения демонстрируют более мрачную картину. В формации Писко в Перу и аналогичных отложениях в Чили обнаружены кладбища китов. На этих участках сохранилось большое количество морских млекопитающих. Исследователи связывают эти смерти с неоднократными вспышками цветения вредных водорослей. В этих же породах видны слои вулканического пепла от извержений Анд.

Исследовательская группа использовала компьютерные модели, чтобы проверить, может ли андский пепел обеспечить достаточное количество питательных веществ. Одна из моделей, названная HYSPLIT, показала, что пепел из региона Альтиплано-Пуна в основном перемещается на восток, в Южную Атлантику и дальше.

«Чтобы проиллюстрировать наш подход, мы бы сказали: „Давайте намеренно начнем вызывать извержения в Андах и посмотрим, что произойдет“», — сказал Каустубх Тирумалай из Университета Аризоны. «И мы обнаружили еще один компонент, который не был должным образом оценен: биология океана реагирует, оказывая обратное воздействие на климат во всем мире».

Модель земной системы, разработанная сообществом, имитировала четыре извержения, произошедшие с интервалом в 75 лет.

В каждом случае рост диатомовых водорослей на поверхности океана за два года увеличился более чем вдвое. После этого океан поглотил больше углекислого газа из атмосферы.

Для изучения более длительных временных масштабов команда использовала модель cGENIE, которая отслеживает изменения содержания углерода на протяжении тысяч лет. Повторяющиеся извержения каждые 75 лет снизили концентрацию углекислого газа в атмосфере примерно на девять частей на миллион за 2000 лет.

Более частые извержения, более масштабные события и увеличение поступления пыли привели к снижению концентрации примерно до 15 частей на миллион за 20 000 лет. Снижение на 15 частей на миллион может показаться незначительным. Но с учетом других эффектов обратной связи это, вероятно, повлияло на климат. В то же время река Амазонка начала добавлять больше питательных веществ в океан.

Течение Гумбольдта усилилось. Киты также сыграли свою роль, перерабатывая питательные вещества и перемещая углерод по океану. Позднемиоценовый изотопный сдвиг углерода, биогенное цветение и похолодание произошли одновременно. Этот период совпадает с пиком вулканической активности в Андах.

«Если учесть биологическое воздействие вулканической активности на океан, мы увидим прекрасную корреляцию между вулканической активностью Анд и всеми изменениями, происходящими в океане», — говорит Каррапа.

Каррапа отмечает, что в сочетании с течением Гумбольдта эти условия создали идеальные условия, при которых пепел, достигающий нужных районов, может запустить первичную продукцию и в конечном итоге повлиять на целые морские экосистемы, включая китов.

«Эта работа улучшает наше понимание того, как природные процессы могут регулировать климат Земли, что имеет прямое отношение к прогнозированию будущих изменений климата и их воздействия на общество», — сказал соавтор исследования профессор Марк Клементц из Университета Вайоминга.