Между научным сообществом, правительствами, гуманитарными организациями и даже специалистами по военному планированию изменение климата считается самой большой угрозой, стоящей сегодня перед человечеством. Между ростом голода, болезнями, наводнениями, перемещениями, экстремальной погодой и хаосом, которые в результате этого, становится ясно, что то, как мы заставляем нашу планету нагреваться, имеет ужасные последствия.
Но существует ряд сценариев, в которых наносимый сейчас ущерб может привести к безудержному эффекту, ведущему к массовому вымиранию. Эта возможность была проиллюстрирована в недавнем исследовании, проведенном профессором MIT Дэниелом Ротманом при поддержке НАСА и Национального научного фонда (NSF). По словам Ротмана, мы рискуем нарушить «углеродный порог», который может привести к эффекту побега в океанах Земли.
Ротман, профессор геофизики и со-директор Центра Лоренца в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, провел последние несколько лет, предупреждая нас о критическом пороге, с которым мы сталкиваемся. Еще в 2017 году он опубликовал статью в Научные достижения это предупредило, что океаны Земли могут содержать достаточно углекислого газа к 2100 году, чтобы вызвать массовое исчезновение.
С тех пор Ротман уточнил этот прогноз, изучив, как реагирует углеродный цикл, когда он преодолевает критический порог. В своей новой статье, которая появилась в Известия Национальной академии наукРотман использовал простую математическую модель, разработанную им для представления углеродного цикла в верхнем океане Земли и того, как он может вести себя, когда этот порог пересекается.
Этот цикл состоит из выбросов углерода в атмосферу Земли (в основном в результате вулканической активности) и его накопления в мантии Земли в форме карбонатных минералов. Наши океаны также служат «поглотителем углерода», удаляя атмосферный углерод из воздуха и превращая его в углекислоту. Этот цикл поддерживал температуру планеты и уровень кислотности в океане в течение долгого времени.
Когда углекислый газ из атмосферы растворяется в морской воде, это также приводит к уменьшению концентрации карбонат-ионов в океане. Когда они опускаются ниже определенного порога, оболочки, сделанные из карбоната кальция, начинают растворяться, и организмам, которые зависят от них в защите, труднее выжить.
Это вредно по двум причинам. С одной стороны, это означает, что важная часть морского жизненного цикла начнет отмирать. С другой стороны, раковины играют важную роль в удалении углекислого газа из верхних слоев океана. Это происходит в результате того, что организмы полагаются на свои раковины, чтобы помочь им погрузиться на дно океана, унося с собой вредный органический углерод.
Следовательно, увеличение содержания углекислого газа в атмосфере (и, как следствие, подкисление океана) будет означать меньшее количество кальцинирующих организмов и меньшее количество удаляемого углекислого газа. Как объяснил Ротман в недавнем интервью MIT News:
«Это положительный отзыв. Больше углекислого газа приводит к большему количеству углекислого газа. С математической точки зрения вопрос заключается в том, достаточно ли такой обратной связи, чтобы сделать систему нестабильной? »
Этот процесс происходил много раз в течение истории Земли. Как указал Ротман в своем исследовании, данные, полученные в результате изучения осадочных слоев, показывают, что запасы углерода в океанах быстро менялись (а затем восстанавливались) десятки раз за последние 540 миллионов лет. Наиболее драматичные из них произошли примерно в то же время, что и четыре из пяти великих массовых вымираний в истории Земли.
В каждом из этих случаев Ротман приходит к выводу, что увеличение содержания углекислого газа (как постепенного, так и внезапного) в конечном итоге превышает пороговое значение, что приводит к эффекту убегающего каскада с участием химических обратных связей. Это привело к чрезвычайному подкислению океана и усилению эффектов исходного триггера.
Более того, примерно для половины нарушений в модели Ротмана скорость, с которой углерод увеличивался, была практически такой же, как только они были приведены в движение. В то время как спусковые механизмы в прошлом были наиболее вероятны из-за повышенной вулканической активности или других природных явлений, они происходили в течение десятков тысяч лет. Сегодня человечество качает СО2 в атмосферу со скоростью, ранее неизвестной в геологической записи.
Это было одним из основных результатов исследования Ротмана, который показал, что скорость, с которой СО2 представляет играет важную роль в выводе системы из строя. Принимая во внимание, что умеренные возмущения в углеродном цикле со временем выровняются и не повлияют на общую стабильность в океане, быстрое введение СО2 приведет к каскаду положительных отзывов, которые увеличивают проблему.
Сегодня Ротман утверждает, что мы «на грани возбуждения», и если это произойдет, то обратная связь и последствия, вероятно, будут аналогичны прошлым глобальным катастрофам. «Как только мы преодолеем порог, то как мы туда попали, может не иметь значения», - сказал он. «Как только вы преодолеете это, вы будете иметь дело с тем, как работает Земля, и она будет путешествовать сама по себе».
С другой стороны, его исследование также показало, что океаны Земли (основанные на текущих уровнях подкисления) в конечном итоге вернутся к равновесию, но только через десятки тысяч лет. Эта схема согласуется с геологическими данными, в частности, по крайней мере с тремя массовыми вымираниями, которые, как считается, связаны с устойчивым массовым вулканизмом.
Другими словами, если выбросы антропогенного углерода пересекают порог и продолжают выходить за его пределы, последствия могут быть такими же серьезными, как и при предыдущих массовых вымираниях. «Трудно понять, как все закончится, учитывая то, что происходит сегодня», - сказал Ротман. «Но мы, вероятно, близки к критическому порогу. Любой скачок достигнет своего максимума примерно через 10 000 лет. Надеюсь, это даст нам время найти решение ».
Уже научное сообщество признает, что антропогенный СО2 выбросы оказывают влияние на окружающую среду Земли - эффект, который может ощущаться в течение тысячелетий. Тем не менее, это исследование предполагает, что эти последствия могут быть гораздо более драматичными, чем ожидалось ранее, и могут быть необратимыми после определенного момента. Если не сказать ничего другого, исследование Ротмана подчеркивает необходимость внедрения решений сейчас, пока еще есть время.
