Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Хотя изменение температуры на 1 °C может показаться не очень значительным, его последствия уже очевидны – это и более интенсивные и долгие периоды аномальной жары, и лесные пожары от Амазонки до Сибири, и более сильные шторма, и таяние ледников, и повышение уровня моря, и изменение характера засухи, вполне способной подорвать сельскохозяйственное производство, необходимое для того, чтобы прокормить 8 миллиардов человек, живущих на планете. Как отмечалось выше, рост температуры, похоже, ускоряется, и лучшие современные модели предсказывают, что, если мы продолжим идти нынешним путем, среднее повышение глобальной температуры составит как минимум 4 °C к концу нынешнего столетия. Прогнозируемый рост температуры приведет к колоссальным потрясениям во всем мире, в том числе и к вынужденной миграции сотен миллионов людей; к массовой нехватке продовольствия; к повышению уровня моря на метр и более, что приведет к затоплению многих прибрежных городов; и ко многим другим пагубным последствиям. Насколько мы уверены в этих предсказаниях?

Рамки этой книги не позволяют нам во всех подробностях оценить климат Земли и рассмотреть модели, которые бы позволили сделать прогноз о его будущей эволюции. Климатическая система сложна, и нужно тщательно учитывать взаимодействие многих параметров. Основное ограничение в построении климатических моделей – относительная нехватка качественных данных, с помощью которых мы можем их проверить. Сведения о температуре, измеренной непосредственно, получены лишь за последние 140 лет, а об осадках, засухах, составе атмосферы и других важных факторах нам известно еще меньше. Безусловно, нам очень пригодились бы более подробные записи о климате минувших эпох, с которыми можно было бы сравнивать наши модели будущего. К счастью, наши историки-атомы дают нам множество таких данных, позволяя судить о том, что происходило миллионы лет назад. В этой главе они поведают свои истории. Но сперва мы ответим вот на какой вопрос: откуда берется весь дополнительный CO₂, попадающий в атмосферу?

Откуда взялся новый CO₂?

Прямые измерения содержания CO₂

в атмосфере начались в 1958 году⁶. За последние шестьдесят пять лет количество молекул CO₂ выросло с 315 на каждый миллион частиц воздуха до 420 миллионных долей (ppm), то есть стало на 33 % больше⁷. Из некоторых письменных свидетельств, о которых мы поговорим позже в этой главе, нам известно, что такие изменения происходили в далеком прошлом, задолго до появления человека: уровень CO₂ был и намного выше, чем в наши дни, и намного ниже. Так откуда же наша уверенность в том, что именно человеческая деятельность, в частности сжигание ископаемого топлива (и тропических лесов), стала причиной недавнего подъема? Может быть, это колебание вызвано теми же естественными механизмами, которые вели к значительным изменениям в прошлом? Как это уже стало привычным в наших исторических экскурсах, убедительные доказательства нам предоставят изотопы Углерода.

В главе 10 мы видели, что растения – это их пища, и большая часть того, что они едят, – это CO₂

. Но подробный рассказ о фотосинтезе позволил нам увидеть, что они далеко не беспристрастны в еде, – поглощая молекулы CO₂ из воздуха и встраивая их в свои молекулы, они неохотно усваивают медленные и тяжелые изотопы ¹³C и ¹⁴C. В главе 8 мы также видели, как деревья (в основном C3-растения) становятся идеальным календарем для изучения прошлого: каждое годичное кольцо соответствует определенному году, а наша общая летопись уходит в прошлое почти на 14 000 лет. Соотношение ¹⁴C/¹²

C в отдельных годичных кольцах позволило нам точно определить скорость образования радиоактивного изотопа Углерода и повысить точность радиоуглеродного датирования. А теперь настало время обратиться к соотношению стабильных изотопов ¹³C/¹²C и к соотношению ¹⁴C/¹²C, чтобы однозначно опознать источник растущей концентрации CO₂

в атмосфере.

Поскольку ¹³C и ¹²C – стабильные изотопы и общее количество каждого из них в окружающей среде постоянно, то можно ожидать, что соотношение ¹³C/¹²C в куске старой древесины будет таким же, как и в современном живом дереве. И действительно, если изучить годичные кольца деревьев и аналогичные годичные кольца кораллов возрастом от тысячи и более лет, то мы увидим, что соотношение ¹³C/¹²C остается неизменным и составляет более 1 части на 10 000, – примерно до 1800 года.