Aнaлиз изoтoпный, рaкoвин искoпaeмыx фoрaминифeр пoзвoлилo утoчнить oцeнки сoдeржaния СO2 в aтмoсфeрe в рaзныe эпoxи кaйнoзoя. Вo врeмя рaннeэoцeнoвoгo климaт здoрoвo (53-51 миллиoнoв лeт нaзaд), кoгдa срeдняя тeмпeрaтурa плaнeты 14° вышe тeкущeй кoнцeнтрaция CO2 в aтмoсфeрe былa примeрнo 1400 ppm (чaстeй нa миллиoн). Тaк нaчaлoсь пoxoлoдaниe пoбeжaл пaрaллeльнo сo снижeниeм кoнцeнтрaции CO2, чтo к нaчaлу oлигoцeнa (33-34 миллиoнoв лeт нaзaд, кoгдa прoизoшлo oлeдeнeниe Aнтaрктиды), сoкрaтилaсь бoлee чeм в двa рaзa. В другoм исслeдoвaнии, нa oснoвe дaнныx спутникoвыx нaблюдeний, пoкaзaл, чтo с 1982 пo 2009 гoд, плaнeтa зaмeтнo пoзeлeнeлa, тo eсть, нaблюдaeтся увeличeниe индeксa листoвoй пoвeрxнoсти (зoнa зeлeныx листьeв нa eдиницу тeрритoрии, на большей части суши. Экологические модели, показывают, что основной причиной быстрого развития растительности, скорее всего, является увеличение концентрации СО2, которые за этот период выросли с 340 до 386 ppm. В целом, новые данные подтверждают и уточняют представление 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 (когда приполярных областях росли леса и пошел динозавров), дали место в текущем холодно было с широтным градиентом тепловой 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 optimum климат-контроль (в начале От Climate Optimum, EECO) — чрезвычайно теплый период 53-51 миллионов лет назад, когда средняя температура на планете превысила текущий (доиндустриальную) около 14 градусов (см. Paleocene–Thermal Maximum). В среднем, и позже эоцене температура снизилась, и в начале олигоцена (33,6 млн лет назад), Антарктида была покрыта льдом и жизни на ней умер. Это событие знаменует начало текущего холодно было.
Основной причиной отражения большинство экспертов считает, что снижение концентрации двуокиси углерода в атмосфере. Снижение может быть вызвано, в частности, восхождение на Гималаи, которые выросли химического выветривания горных пород (см. Weathering: Гидролиз on silicates and carbonates), в течение которого CO2 взято из атмосферы. Тем не менее, получить точные оценки содержания СО2 в атмосфере отдаленных геологических было легкой задачей (см. ссылки в конце новости). До сих пор, при оценке эоценового уровень СО2, как известно, являются приблизительными и варьируются в широких пределах: от 500 до 3000 ppm. Это затрудняет проверку гипотезы о роли СО2 в вариации кайнозойского климата.
Британские геохимики, чья статья, опубликованная в журнале Nature, используется для уточнения оценки новой техники, она считается более надежной, и, основываясь на анализе соотношения изотопов бора (δ11Β) в морских карбонатах. Известно, что доля изотопа 11В в карбонате кальция, кристаллизующемся в морской воде, зависит от рн (см.: N. Гэри в соответствии с законодательством рф и Bärbel Hönisch. Boron Isotopes in Marine Кальция (and the pH of the Ocean). Кислотность поверхностных вод, в свою очередь, зависит от концентрации СО2 в атмосфере.
Рис. 2. и — соотношение изотопов бора в раковинках мелких планктонных эоценовых фораминифер; чем больше δ11Β, тем кислее вода; различные значки соответствуют различные виды фораминифер. b — восстановленный на основе этих данных, уровень СО2 в атмосфере. c — соотношение изотопов кислорода в скелетов бентосных (донных) фораминифер, который не отражает и глубина обитания, как глобальные колебания климата (чем больше δ18O, более теплый климат); по горизонтальной оси — возраст в миллионы лет. Изображения из обсуждения статьи в Nature
Очень полезны для анализа окаменелостей известняка раковинки планктонных протистов — фораминифер, особенно если взять много разных видов, которые жили в том же районе. Он позволяет внести все необходимые изменения глубины их обитания и видовую специфику процессов биоминерализации. Глубина, на которую жил тот или иной тип, можно определить температуру, на которой произошло формирование известкового скелета, а температура, в свою очередь, можно оценить соотношение изотопов кислорода (δ18O) раковинке. Чем меньше глубина, в которой жили фораминиферы, лучше оценить содержание СО2 в атмосферу на уровень кислотности воды, в которой произошло формирование скелета.
Авторы использовали в коллекции прекрасно сохранились эоценовых планктонных фораминифер, добытых при бурении, в Танзании, в рамках проекта Tanzania Drilling Project (TDP) (см.: 80 million years of climate change).
Анализ показал, что во время раннеэоценового настроение отличное, концентрация СО2 составляла 1400±470 ppm (fig. 2). Это выше большинства прежних, менее точные оценки. Таким образом, во время EECO двуокиси углерода в атмосфере было в пять раз больше, чем в доиндустриальную эпоху 280 ppm), и в три с половиной раза больше, чем сегодня (402 млн).
В течение эоцена уровень CO2 постепенно снижаться, и к началу олигоцена, когда Антарктида была покрыта льдом, он упал на 550±190 ppm.
Новые данные по углекислому газу лучше согласуются с палеоклиматическими реконструкциями, чем предыдущие оценки. Бывает, что снижение концентрации СО2 проходило параллельно с охлаждением в глобальном масштабе, и, следовательно, он действительно может быть их причиной (несмотря на то, что существует, и влияние климата на уровень CO2, см.: Конец последнего оледенения отмечен одновременное увеличение температуры и содержания CO2 в атмосфере, «Элементы», 09.04.2013). Правда, по мнению большинства присутствующих климатических моделей, чтобы объяснить высокие температуры раннеэоценового климата максимум нужно еще более высокие концентрации СО2, чем те, что были британские геохимиков. Это говорит о наличии неучтенных факторов, или о том, что новые оценки не являются точными. Тем не менее, обнаружено авторами значительное снижение уровня CO2 в эоцене–олигоцене является сильным аргументом в пользу того, что колебания концентрации углекислого газа в атмосфере являются одной из основных причин изменения климата.
В другой статье, опубликованной в тот же день (25 апреля) в журнале» Nature Climate Change, большая международная команда экологов, географов и климатологов также сообщил о новых результатах, показывает важную роль, которую атмосферное давление СО2 в регуляции биосферных процессов. В данном случае, речь идет о современной эпохе, которая характеризуется быстрым ростом содержания СО2 в атмосфере (хотя до раннеэоценового уровня, еще очень далеко, см. рис. 1).
Авторы проанализировали данные спутников наблюдения за 1982-2009 годы, основываясь на том, что им 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 урожайность растений. сообщества. Результаты показаны на рис. 3.
Рис. 3. Изменения индекса листовой охват за период с 1982 по 2009 год по данным трех независимых массивов спутниковых данных (GIMMS LAI3g, GLOBMAP ЛАЙ, GLASS ЛАЙ). Положительные значения и соответствующие им цвета (зеленый, фиолетовый) соответствует увеличению площади листьев («позеленению»), отрицательные значения и цвет от желтого до красного указывают на снижение плита покрытия («побурение»). Белым цветом обозначены территории, лишенные растительности. Среди округов, которые определили тенденции (роста или снижения индекс листового покрытия) является статистически значимым. Изображение обсуждение статьи в Nature Climate Change
Основной вывод, что за исследуемый период планеты резко позеленела. Размер листа покрытия, на всех континентах вырос на 0,068±0,045 квадратных листов квадратный метр в год. Из трех используемых массивов спутниковых данных, содержит сведения, до 2014 года. Судя по этой информации, процесс не остановился и в 2009 году и позеленение продолжается.
Подлинный рост листового покрытия определяется на 25-50% земной суши (три массива данных дают несколько различных результатов), и уменьшение менее 4%. Наиболее интенсивное позеленение наблюдается на юго-востоке Северной Америки, в регионе к северу от Амазонки, в Европе, центральной Африке и юго-востоке Китая. Сокращение площади листа видно, только в некоторых районах центральной Америки, Южной и северо-восточной части Северной Америки.
Чтобы понять причины восстановлены, тенденции, авторы использовали 10 хорошо обоснованных экологических моделей, которые позволяют прогнозировать изменения на индекс листового покрытия на основе данных атмосферного СО2, прогноз погоды, азотфиксации, землепользованию и другие факторы, которые могут потенциально повлиять на этот показатель. Введя в модель реальных данных, с помощью всех этих факторов и усреднив результаты, показанные 10 моделей, авторы получили изображения, немного отличается от той, что дал анализ спутниковых данных. Большие несоответствия существовали только в нескольких районах: на юго-западе сша, в южной Америке, и в Монголии. Авторы объясняют эти несостыковки с тем, что модель очень чувствительна к изменениям в количестве осадков. Так или иначе, для большей части суши модель, по-видимому, адекватным окружающей среды, механизмы, лежащие в основе изменения листового покрытия.
В отличие от самого объекта, изучаемого — растительный покров планеты — модели позволяют «поиграть» с параметрами, произвольно меняя их, и оценивая влияние. Например, вы можете сделать неизменными все параметры, за исключением одного, и посмотреть, сильно ли будет отличаться получившаяся картина реального. Таким образом, можно понять, какие регистрируются в модели факторов, внесли наибольший вклад в выявленные изменения растительности.
Эти упражнения позволили авторам заключить, что наиболее сильное влияние на увеличение площади листьев, была ростом атмосферного СО2. Этот фактор объясняет 70% выявленных изменений растительного покрова. Глобальное потепление объясняется еще 8%, и влияние на климат более значительно в приполярных районах, а также увеличение концентрации атмосферного СО2 является определяющим фактором в тропиках. Изменения в круговороте азота и использования земли, а также факторы, не учтенные в модели), также способствуют позеленение планеты, но он маленький по сравнению с ролью углекислого газа, который растения используют для производства органических веществ в ходе фотосинтеза и ограниченными возможностями, что является важным ограничивающим фактором для растительных сообществ.
Увеличение количества растительности свидетельствует об общем росте производительности земли и растительности. Хорошо это или плохо — вопрос отдельный и непростой. Для различных регионов, ответ может быть различным. Иногда, растительность вторичная, пышно разросшаяся на месте вырубленного старого леса, может иметь высокий индекс листового покрытия, что умирает лес, хотя последнее, безусловно, представляет большую ценность для всех точек зрения. Так или иначе, исследование показало, что происходит в наши дни, увеличение концентрации СО2 приводит к радикальным изменениям растительного покрова. И это несмотря на то, что, по сравнению с началом эоценом, достигнутый к настоящему времени уровень CO2 более чем скромные.
Источники:
1) Eleni Anagnostou, Элеанор Джон, Kirsty M. Edgar, Гэвин L. Фостер, Энди Ridgwell, Гордон Н. Inglis, Ричард D. Pancost, Daniel J. Лант & Paul N. Пирсон. Изменение атмосферной CO2 concentration was the primary driver of early Cenozoic климата // Природа. Published online 25 Апреля 2016 года.
2) Zaichun Чжу, Shilong Бяо, Ranga Б Myneni, Mengtian Хуан, Zhenzhong Цзэн, Хосеп G. Canadell, Филипп Ciais, Стивен Sitch, Пьер Friedlingstein, Almut Arneth, Chunxiang Цао, Lei Cheng, Etsushi Като, Чарльз Koven, Ли Юэ, Сю Лянь, Yongwen Лю, Ronggao Лю, Jiafu Мао, Yaozhong Пан, Шуши Пэн, Хосеп Peñuelas, Бенджамин Пултер, Thomas A. M. Pugh, Бенджамин D. Stocker, Николя Viovy, Xuhui Ван, Yingping Ванг, Чунг Сяо Ян Хуэй, Sönke Zaehle & Ning Zeng. Озеленение 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) Конец последнего оледенения отмечен одновременное увеличение температуры и содержания CO2 в атмосфере, «Элементы», 09.04.2013.
Александр Марков
