Потепление Земли может случайно вызвать глубокое похолодание

Новое исследование показывает, что глобальное потепление может активировать природные механизмы, которые в долгосрочной перспективе приведут к значительному похолоданию климата и даже способны спровоцировать ледниковый период.

Глубокие климатические циклы Земли проистекают из сложной сети выветривания горных пород, роста водорослей и химии океана. При определенных условиях эти обратные связи могут превратить потепление в неконтролируемое охлаждение и даже вызвать ледниковые периоды. Credit: Shutterstock

Большую часть истории Земли ученые рассматривали медленное разрушение силикатных пород в качестве основного природного термостата планеты. В этом процессе дождевая вода поглощает углекислый газ (CO₂) из воздуха, попадает на обнаженные скалы и постепенно растворяет их. Высвобожденные углерод и кальций в конечном итоге попадают в океаны, где они образуют сырье для раковин и известняковых рифов. Эти материалы захоранивают углерод на морском дне на сотни миллионов лет.

«Когда планета нагревается, породы выветриваются быстрее и поглощают больше CO₂, что позволяет Земле снова остыть», — объясняет Доминик Хюльзе.

Тем не менее, были времена, когда планета полностью замерзала, покрываясь льдом от полюса до полюса. Исследователи отмечают, что это нельзя объяснить одним лишь выветриванием пород, а значит, в этих драматичных похолоданиях должны были быть задействованы другие силы.

Ключевая подсказка кроется в том, как океан хранит углерод. По мере роста уровня CO₂ в атмосфере и потепления планеты, в море попадает больше питательных веществ, таких как фосфор. Эти питательные вещества стимулируют цветение водорослей, которые поглощают углерод в процессе фотосинтеза. Когда водоросли умирают, они опускаются на дно океана, унося с собой этот углерод.

Однако в более теплом климате быстрый рост водорослей также приводит к снижению уровня кислорода в воде. При меньшем количестве кислорода фосфор имеет тенденцию к рециркуляции, а не к захоронению в осадках. Это создает мощную петлю обратной связи: больше питательных веществ приводит к большему количеству водорослей, которые при разложении потребляют больше кислорода, что, в свою очередь, высвобождает еще больше питательных веществ. В то же время большое количество углерода оказывается в ловушке в морских отложениях, что в конечном итоге охлаждает планету.

В течение многих лет Хюльзе и его коллега Энди Риджуэлл разрабатывали усовершенствованную компьютерную модель климатической системы Земли, которая включает эти сложные взаимодействия.

«Эта более полная модель системы Земли не всегда стабилизирует климат постепенно после фазы потепления; вместо этого она может перекомпенсировать и охладить Землю далеко ниже ее первоначальной температуры — процесс, который, однако, все еще может занять сотни тысяч лет. В компьютерной модели исследования это может вызвать ледниковый период. Только с помощью выветривания силикатов мы не смогли смоделировать такие экстремальные значения», — поясняет Доминик Хюльзе.

Их результаты позволяют предположить, что когда уровень кислорода в атмосфере был ниже, как в далеком прошлом Земли, эти питательные обратные связи усиливались и могли вызывать суровые ледниковые периоды, которые отмечали раннюю геологическую историю.

Поскольку человечество продолжает добавлять в атмосферу все больше CO₂, планета будет продолжать нагреваться. Но, согласно модели ученых, в долгосрочной перспективе это снова может привести к чрезмерному охлаждению. Однако следующее событие, вероятно, будет более мягким, потому что в современной атмосфере содержится больше кислорода, чем в далеком прошлом, что ослабляет питательную обратную связь.

«В конечном счете, действительно ли так важно, начнется ли следующий ледниковый период через 50, 100 или 200 тысяч лет?» — задается вопросом Риджуэлл. — «Нам нужно сейчас сосредоточиться на ограничении текущего потепления. То, что Земля естественным образом остынет, произойдет недостаточно быстро, чтобы помочь нам».

Исследование получило поддержку от кластера передового опыта MARUM «Дно океана — неизведанный интерфейс Земли». Хюльзе теперь намерен использовать модель, чтобы изучить, как Земля иногда удивительно быстро восстанавливалась после прошлых климатических сдвигов и какую роль в этом восстановлении играло морское дно.