Новости искусства

Изoтoпный aнaлиз рaкoвин искoпaeмыx фoрaминифeр пoзвoлили oцeнки сoдeржaния СO2 в aтмoсфeрe в рaзныe эпoxи кaйнoзoя. Вo врeмя рaннeэoцeнoвoгo кoндициoнирoвaния oптимaльнo (53-51 миллиoнoв лeт нaзaд), кoгдa срeдняя тeмпeрaтурa нa плaнeтe нa 14° прeвышaть тoк, кoнцeнтрaция СO2 в aтмoсфeрe былa примeрнo 1400 ppm (чaстeй нa миллиoн). Зaтeм oн нaчaл oxлaждeниe шлo пaрaллeльнo с умeньшeниeм кoнцeнтрaции СO2, кoтoрaя в нaчaлe oлигoцeнa (33-34 миллиoнoв лeт нaзaд, кoгдa прoизoшлo oлeдeнeниe Aнтaрктиды) упaл бoлee чeм в двa рaзa. В другoм исслeдoвaнии, oснoвывaясь нa дaнныx спутникoвoгo нaблюдeния, пoкaзывaют, чтo с 1982 пo 2009 гoд, плaнeтa виднa зeлeнoвaтo, тo eсть прoизoшлo увeличeниe индeксa листoвoй пoвeрxнoсти (плoщaдь зeлeныx листьeв нa eдиницу территории) на большей части суши. Экологические модели показывает, что основной причиной бурного развития растительности, скорее всего, является рост концентрации CO2, которые в этот период выросла с 340 до 386 ppm. В целом, новые данные подтверждает и уточняет представление о сильное влияние концентрации атмосферного СО2 на климат и растительность.

В течение кайнозоя климат нашей планеты претерпел радикальные изменения, которые трудно назвать благоприятными. Теплый и ровный климат, царивший на протяжении всего мезозоя (в случае, если в полярных регионах росли леса и ходьбы динозавры), был заменен нынешним холодной эпохи, с широтным градиентом температуры и обширными оледенениями в высоких широтах обоих полушарий (см.: К. Ю. Еськов. История Земли и жизни на ней. Глава 13. Кайнозой: наступление криоэры). Начало глобального похолодания предшествовал так называемый раннеэоценовый климатический оптимум (Early Eocene Climate Optimum, EECO) — это очень теплый период 53-51 миллионов лет назад, когда средняя температура на планете превышает нынешнюю (доиндустриальную) около 14 градусов (см. Paleocene–Eocene Thermal Maximum). В среднем и позднем эоцене температура упала постоянно, а в начале олигоцена (33,6 млн. лет назад) Антарктида была покрыта льдом и жизни на ней умер. Это событие знаменует собой начало нынешней эры холодной.

Основной причиной охлаждения большинство специалистов считает снижение концентрации углекислого газа в атмосфере. Снижение может быть вызвано, в частности, рост Гималаев, усилившим химической эрозии горных пород (см. Weathering: Hydrolysis на silicates and carbonates), в рамках которой СО2 уходит в атмосферу. Однако, для того, чтобы получить точную оценку содержания СО2 в атмосфере в отдаленные геологические эпохи — это не легкая задача (см. ссылки в конце новости). Имеющиеся на дату оценки эоценового уровня CO2 заведомо приблизительны и варьируются в широких пределах: от 500 до 3000 ppm. Это затрудняет проверку гипотезы о роли СО2 в колебания кайнозойского климата.

Британские геохимики, чья статья опубликована в журнале Nature, они используются для уточнения оценок новой методологии, считающуюся самой надежной и основанной на анализе соотношения изотопов бора (δ11Β) морских карбонатах. Известно, что доля изотопа 11B в карбонате кальция, кристаллизующемся в морской воде зависит от pH (см.: Н. Гэри Хемминг and Bärbel Hönisch. Boron Isotopes in Marine Carbonate Sediments and the pH of the Ocean). Кислотность поверхностных вод, в свою очередь, зависит от концентрации СО2 в атмосферу.

Рис. 2. а соотношение изотопов бора в раковинках менее глубокие планктонных эоценовых фораминифер выше δ11Β, тем кислее вода; различные значки соответствуют различные виды фораминифер. b — перестроен на основе этих данных уровень CO2 в атмосферу. c — соотношение изотопов кислорода в скелетах бентосных (донных) фораминифер, которые отражают не столько глубина обитания, глобальные колебания климата (выше δ18O, с климат более теплый); на горизонтальной оси — возраст в млн. лет. Рисунок обсуждали статью в Nature

Очень подходит для такого анализа ископаемых var оболочки планктонных протистов — фораминифер, особенно, если вы берете сразу много разных видов, которые живут одновременно в том же районе. Это позволяет внести необходимые изменения в различной степени глубины их обитания и видовую специфику процессов биоминерализации. Глубину, на которой жил тот или иной вид, можно определить температуры, при которой произошло образование извести скелет, а температура была, в свою очередь, может быть оценена через соотношение изотопов кислорода (δ18O) в раковинке. Чем меньше глубина, на которой обитали фораминиферы, более точно можно оценить содержание СО2 в атмосферу кислотности воды, в которых произошло формирование скелета.

Авторы использовали набор прекрасно сохранившихся эоценовых планктонных фораминифер, полученные во время бурения в Танзании, в рамках проекта Танзания Drilling Project (TDP) (см.: 80 million years of climate change).

Анализ показал, что во время раннеэоценового кондиционирования воздуха оптимальная концентрация CO2 была 1400±470 стр / мин (рис. 2). Это выше большинства предыдущих, менее точные оценки. Таким образом, в дни EECO углекислого газа в атмосфере было в пять раз больше, чем в доиндустриальную эпоху (280 ppm), и в три с половиной раза больше, чем в настоящее время (402 стр / мин).

В течение эоцена уровень CO2 снижался, в начале олигоцена, когда Антарктида была покрыта льдом, упал до 550±190 ppm.

Новые данные двуокиси углерода согласуются с палеоклиматическими реконструкциями, чем предыдущие оценки. Кажется, что снижение концентрации СО2 шло параллельно с охлаждением мировой, что означает, что она действительно может быть причиной (хотя есть и обратное влияние климата на уровень CO2, см.: Конец последнего оледенения отмечен одновременным ростом температуры и содержания СО2 в атмосфере, «Элементы», 09.04.2013 г). Правда, согласно большинству имеющихся климатических моделей, чтобы объяснить аномально высокие температуры раннеэоценового кондиционирования воздуха максимум занимает более высокую концентрацию СО2, чем те, которые доказали британские, геохимиков. Речь идет об инвентаризации факторов, или о том, что новые оценки еще не являются довольно точными. Однако, объявление было сделано авторами значительное снижение уровня СО2 в эоцене–олигоцене является сильным аргументом в пользу того, что колебания концентрации углекислого газа в атмосферу являются одной из наиболее важных причин изменения климата.

В другой статье, опубликованной в тот же день (25 апреля) в журнале Nature Climate Change, большой международный коллектив экологов, географов и климатологов, а также сообщил о новых результатах, которые представляют важную роль атмосферного СО2 в регуляции биосферных процессов. В данном случае, речь идет о современную эпоху, которая характеризуется быстрым ростом содержания СО2 в атмосфере (хотя до раннеэоценового уровня нам еще очень далеко, см. рис. 1).

Авторы проанализировали данные спутниковых наблюдений для 1982-2009 годы, на основании которых удалось вычислить индекс листовой поверхности (см. также: Leaf area index) в период вегетации для всех участков суши, покрытых растительностью. Этот показатель отражает интенсивность роста растений и общую продуктивность растительных сообществ. Результаты представлены на рис. 3.

Рис. 3. Динамика индекса листового покрытия за период с 1982-го по 2009 год по данным трех независимых массивов спутниковых данных (GIMMS LAI3g, GLOBMAP ЛАЙ, GLASS ЛАЙ). Положительные значения и соответствующие цвета (от зеленого до фиолетового) соответствуют увеличивает площадь поверхности листьев («позеленению»), отрицательные значения и цвет от желтого до красного указывает на сокращение таблицы покрытий («браунинг»). Белым цветом отмечены территории, лишенные растительности. Точками отмечены области, для которых выявлена тенденция (рост или падение индекса листового покрытия) является статистически значимым. Изображение из обсуждаемых статей в Nature Climate Change

Основной вывод в том, что в этот период планета вдруг позеленела. Поверхность листа покрытия на континентах вырос на в.д. 0,068±0,045 квадратных метров листьев на квадратный метр территории на год. Один из трех используемых массивов спутниковых данных содержит информацию, до 2014 года. Судя по этой информации, процесс не остановился и в 2009 году, и позеленение продолжается.

Достоверный рост листы покрытия показал на 25-50% поверхности суши (три массива данных дает несколько различающиеся результаты), и достоверное снижение до менее чем 4%. Наиболее интенсивное позеленение отметить, в юго-восточной части Северной Америки, в северной части Амазонки, в Европе, Африке, центральной и юго-восточной части Китая. Уменьшение поверхности листьев видны только в некоторых областях центральной Южной Америки и северо-восточной части Северной Америки.

Для того, чтобы понять причины выявленных тенденций, авторы использовали 10 вполне обоснованных экологических моделей, которые позволяют предсказывать изменения индекса листового покрытия на основе данных атмосферного давления CO2, климат, азотфиксации, землепользованию и другие факторы, которые могут повлиять на этот показатель. Путем введения в модель реальные данные всех этих факторов и усреднив результаты представлены 10 моделей, авторы получили изображение мало отличается от той, которую я дал анализ спутниковых данных. Серьезные противоречия проявились лишь в нескольких районах: на юго-западе США, в южной части Южной Америки и в Монголии. Авторы объясняют эти несостыковки в том, что модель является слишком чувствительным к изменениям количества осадков. Так или иначе, по большей части суши модель, по-видимому, адекватно отражают экологические механизмы, лежащие в основе изменений листов покрытия.

В отличие от самого изучаемого объекта — растительного покрова на планете — модели позволяют «играть» с параметрами, произвольно меняя их, и оценивая этот эффект. Например, вы можете сделать неизменными все параметры, за исключением одного, и посмотреть, сильно ли будет отличаться получить реальную картину. В этом случае можно понять, почему были записаны в модели факторов, внесли наибольший вклад в выявленные изменения растительности.

Эти упражнения позволили авторам прийти к выводу, что наиболее сильное влияние на увеличение площади листьев был рост атмосферного СО2. Этот фактор объясняет 70% от выявленных изменений растительного покрова. Глобальное потепление объясняется еще 8%, а влияние климата значительно больше, чем в приполярных районах, а также увеличение концентрации атмосферного СО2 является определяющим фактором в тропиках. Изменения в круговороте азота и использовать (и, кроме того, факторы, не учтенные в модели), также способствуют позеленение планеты, но это мало по сравнению с ролью углекислого газа, который растения используют для производства органических веществ в процессе фотосинтеза и отсутствие которых является важным сдерживающим фактором для растительных сообществ.

Увеличение количества зелени, свидетельствуют, в целом увеличение производительности участка растительности. Хорошо это или плохо — это вопрос отдельный и непростой. Для различных регионов ответ могут быть разными. Иногда вторичная растительность, пышно разросшаяся на месте, вырезаны старые леса, может иметь более высокий индекс листового покрытия, чем мертвым в лесу, хотя последний, конечно, имеет большое значение со всех точек зрения. Так или иначе, исследование показало, что то, что происходит в настоящее время, увеличение концентрации СО2 приводит к радикальным изменениям растительного покрова. И это несмотря на то, что, по сравнению с ранним эоценом, достигнутый к настоящему времени уровень CO2 более чем скромно.

Источники:

1) Eleni Anagnostou, Eleanor H. Джон, Кирсти M. Edgar, Гэвин L. Фостер, Энди Ridgwell, Гордон Н. Инглис, Ричард D. Pancost, Daniel J. Lunt & Paul N. Пирсон. Изменение атмосферных CO2 concentration was the primary driver of early Cenozoic климата // Природа. Published online 25 Апреля 2016 года.

2) Zaichun Чжу, Шилун Бяо, Ranga Б. Myneni, Mengtian Хуан, Zhenzhong Цзэн, Хосеп G. Canadell, Филипп Ciais, Стивен Sitch, Пьер Friedlingstein, Almut Arneth, Яньцюнь Цао, Лей Ченг, Etsushi Като, Чарльз Koven, Юэ Ли, Сюй Лянь, Yongwen Лю, Ronggao Лю, Jiafu Мао, Yaozhong Пан, Shushi Пэн, Хосеп Peñuelas, Бенджамин Poulter, Thomas A. M. Pugh, Бенджамин D. Стокер, Николя Viovy, Xuhui Ван, Yingping Ван, Чжан Чжицян Сяо Ян Хуэй, Sönke Zaehle & Цзэн Нин. Greening of the Earth and its drivers // Nature Climate Change. Published online 25 Апреля 2016 года.

См. также:

1) 300 миллионов лет назад углекислого газа в атмосфере было гораздо больше, чем теперь, «Элементы», 12.01.2007.

2) От глобального потепления спасет закопаемое топливо, «Элементы», 14.03.2007.

3) Алексей Гиляров. Сезонные колебания СО2.

4) Биосфера уже не справляется с избытком СО2, «Элементы», 05.01.2008.

5) в Конце последнего оледенения отмечены одновременным ростом температуры и содержания СО2 в атмосфере, «Элементы», 09.04.2013 г.

Александр Марков