«Ракушки» мутантов подсказали, чем грозит закисление океана и как оно влияет на глобальное потепление

Чтобы понять, чем нам всем грозит глобальное потепление, ученые изучают прошлое Земли — благо в ее богатой на масштабные катаклизмы истории можно найти множество показательных примеров. Например, сеномано-туронское пограничное биотическое событие (OAE 2), во время которого вымерло более четверти морских беспозвоночных из-за снижения концентрации кислорода в воде. Вместе с ними, разумеется, исчезли хищники — плиозавры и почти все ихтиозавры.

Тогда, во второй половине мелового периода, то есть примерно 94 миллиона лет назад, на протяжении почти 500 тысяч лет подряд содержание углекислого газа в атмосфере, по разным оценкам, колебалось между 320 и 900 частями на миллион. Для сравнения: сейчас этот показатель составляет 410-420 частей на миллион. Такой большой разброс в оценках объясняется тем, что у нас почти нет прямых данных о концентрации углекислоты в древнем воздухе. А косвенные свидетельства сильно зависят от модели, с которой их сравнивают.

Тем не менее, пусть мы и не знаем точные значения содержания углекислого газа в атмосфере во время и перед OAE 2, кое-что нам все же известно. Например, что этому событию предшествовали полмиллиона лет усиливающегося подводного вулканизма. Сразу в нескольких местах мантийные плюмы расплавили тонкую океаническую кору — в районе нынешнего Мадагаскара, в Арктике и в восточной части Тихого океана. В процессе OAE 2 на морское дно почти перестали оседать минеральные скелеты фораминифер (раковины из карбоната кальция), отложения этого периода черные — содержат в основном кремний и его оксиды (материал раковин радиолярий).

Две новые дополняющие друг друга научные работы проливают свет на ряд важных подробностей сеномано-туронского пограничного биотического события. Обе основаны на изучении химического состава древнего морского дна. Первая опубликована в рецензируемом журнале Nature Communications Earth & Environment, вторая — в Nature Geoscience.

Образцы пород, сформировавшихся из донных отложений в интересующий ученых период, собрали в местах их обнажений в коммуне Губбио (Италия) и регионах бывшего Западного внутреннего моря (Северная Америка). Также использовались керны, полученные глубоководным бурением во время миссии Международной программы исследования океана (IODP).

Начало OAE 2 в образцах хорошо заметно даже без радиоизотопного датирования — породы резко темнеют. В них пропадают останки фораминифер. А перед исчезновением эти протисты, а точнее — их раковины из карбоната кальция, деформируются и мельчают. Это может быть связано как с закислением океана, так и с другими факторами, что требовало проверки. Для этого исследователи сравнили, как современные фораминиферы реагируют на условия, предположительно, предшествовавшие сеномано-туронскому пограничному биотическому событию.

Помещенные в среду с повышенной кислотностью микроорганизмы не только внешне видоизменяются — отличается и химический состав их раковин. В частности, смещается баланс между изотопами кальция-44 и -40 (первого становится меньше). Такой маркер гораздо надежнее внешнего вида раковин, которые плохо сохраняются в донных отложениях. И он наблюдался для изученных ископаемых. То есть ученые получили твердое доказательство того, что древние фораминиферы жили в условиях затрудняющих биокальцификацию. Это, в свою очередь, доказывает: океан тогда становился все более кислым.

Второе исследование сфокусировалось на причинах закисления. Химический состав кернов периода OAE 2 выделялся не только пропажей карбоната кальция. В нем еще и соотношение изотопов осмия-187 и -188 отличалось (тяжелого стало больше). Единственная причина, по которой могла сложиться подобная картина, — выход этого металла на поверхность Земли вместе с мантийными породами. Причем не в воздух, а напрямую в воду.

Таким образом, ученые крепко связали начало сеномано-туронского пограничного биотического события с подводным вулканизмом, а последний — с закислением океана. Более того, анализ новых данных позволил найти наиболее вероятное объяснение аномалии, которая долгое время с момента открытия OAE 2 оставалась загадкой. Прямо посреди почти полумиллиона лет высоких температур, вызванных парниковым эффектом, спрятались без малого 40 тысяч лет сравнительного похолодания.

По итогу двух вышеописанных работ получается, что вулканизм привнес избыток углекислого газа в атмосферу и воду, а это привело к глобальному потеплению и закислению океана. Выросла концентрация растворенного CO₂, а кислорода — понизилась. Фораминиферам стало труднее связывать ионы кальция в кальцит, потому что вокруг стало меньше карбонатов (анионов CO₃^-2).

При этом биосфера отреагировала на избыток углекислого газа в воде — увеличилось количество водорослей. Это привело к повышению щелочности приповерхностного слоя (на глубине она тоже повышалась, но из-за растворения ранее осевшего кальцита в придонном слое). И с ней — способность воды поглощать углекислый газ из воздуха напрямую, а это замедляет глобальное потепление или даже поворачивает его вспять.

С одной стороны, свежие данные показывают, что способствовать росту щелочности морской воды — рабочая стратегия для борьбы с глобальным потеплением. С другой — нужно помнить, что это не пройдет даром для обитателей океана.