Согласно современным представлениям, от концентрации CO2 в атмосфере зависит температура на Земле. Для объяснения геохимического цикла углерода на масштабе от десятков до сотен миллионов лет привлекают тектонические механизмы. Считается, что в результате дегазации из литосферы CO2 попадает в атмосферу, а выветривание силикатных минералов земной коры, особенно на континентах и в офиолитовых зонах, наоборот, удаляет его оттуда, связывая в карбонатных минералах. Во время выветривания также высвобождаются минеральные компоненты, необходимые для питания биомассы, что, в свою очередь, запускает механизм поглощения углекислого газа из атмосферы и захоронения его в виде органики.
С течением геологического времени процессы тектоники и выветривания значительно изменили облик планеты. Особенно большие изменения произошли в фанерозое (так называют последние 538 миллионов лет), что связано главным образом с колонизацией поверхности жизнью. Были разработаны модели, реконструющие климат на Земле на основе различных механизмов, однако результаты их противоречивы. Они не дали ответа на вопрос, какой же механизм ведущий в этом деле.
Разобраться в проблеме решили ученые из Австралии, Франции и Великобритании. Для этого они использовали непрерывную модель земной системы (Earth System Model) начиная с девонского периода, 419 миллионов лет назад. Более ранние периоды пришлось исключить из-за нехватки достоверных данных. Также авторы не оценивали то, как распространение растительности повлияло на обледенение. Результаты их работы опубликованы в журнале Science Advances.
Модель показала, что нынешнее холодное состояние не типично для Земли, большую часть своей истории пребывавшей в теплом климате. К обледенению полюсов привело случайное совпадение сразу нескольких факторов.
Для объяснения ледниковых периодов геологи выдвигали разные причины: извержение вулканов, возросшая роль лесов, запасающих углекислый газ, химические реакции CO2 с геологическими породами. Все эти механизмы протестировали в 3D-модели Земли SCION, изначально разработанной в Университете Лидса (Великобритания).
Расчеты показали, что ни один из механизмов сам по себе не мог привести к охлаждению климата, для этого нужно одновременное сочетание факторов.
«Мы выяснили, что причина, по которой мы обитаем на планете с полярными шапками, а не на свободной ото льда, — случайная комбинация очень редких вспышек глобального вулканизма и большой разбросанности континентов с высокими горами, которые обеспечивают обильные осадки на планете. Это, в свою очередь, усиливает реакции поглощения углерода из атмосферы», — пояснил руководитель исследования Эндрю Мередит из Лидса.
Важный вывод, по словам ученого, состоит в том, что естественный земной механизм регулирования климата ведет к высокой концентрации CO2 и потеплению без ледяных шапок, а не тому, что мы видим сейчас.
«Мы считаем, что эта общая тенденция к теплому климату защищает нас от губительного состояния „Земли-снежка“, которое возникает крайне редко, и только поэтому жизнь продолжает существовать», — добавил Мередит.
Исходя из этого, следует учитывать, что климат планеты не будет стремиться к прохладному состоянию, в котором он пребывал в доиндустриальную эпоху.
Нужно быть осторожными с утверждениями о том, предупредили авторы, что холодный климат вернется, если мы будем его перегревать до того, как остановим выбросы.