Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Но к чему все это беспокойство по поводу какого-то короткого интервала высоких температур, зафиксированного десятки миллионов лет назад? Отчасти это связано с необычной природой ПЭТМ: аномальные события в геологической летописи всегда привлекают внимание, поскольку могут оказаться особенно полезными для понимания того, как работает система нашей планеты. Но дело также в том, что описанное Кеннеттом и Стоттом отклонение в изотопах было вызвано появлением в системе океан-атмосфера огромного количества углерода (в виде двух содержащих углерод соединений — углекислого газа и метана) за очень короткое время. Все имеющиеся данные говорят, что этот объем сопоставим (или, возможно, превышает) с тем, который будет высвобожден в результате человеческой деятельности в течение нескольких следующих столетий. Это может сделать ПЭТМ хорошим примером при прогнозировании будущего изменения климата планеты.

Несмотря на то, что ПЭТМ активно изучают, его по-прежнему часто именуют загадкой. Откуда взялся весь этот углекислый газ, и что вызвало его появление? И куда он в конце концов делся? В каком-то смысле геологи и геохимики, изучающие эти и другие проблемы, похожи на детективов, собирающих доказательства и выдвигающих гипотезы, что могло произойти. Иногда ту или иную гипотезу приходится отвергнуть, поскольку она не соответствует новым фактам; иногда при обнаружении новых данных появляется новое предположение. Однако до сих пор нет единой гипотезы, которую все сочли бы правильной: эта загадка, хотя и менее таинственная, чем раньше, все еще полностью не решена.

Давайте посмотрим на некоторые факты и подумаем о возможных причинах. Одним из самых впечатляющих признаков ПЭТМ является серьезное и очень стремительное изменение соотношения двух изотопов углерода — углерода-13 и углерода-12; это то самое отклонение в изотопах, обнаруженное Кеннеттом и Стоттом. Последующие исследования показали, что сдвиг изотопов произошел не только в раковинах планктона, но и касался углерода во всех его разнообразных формах на суше, в океане и атмосфере. Это крайне заинтересовало ученых, поскольку такие масштабные и повсеместные перемены указывают на серьезные нарушения в геохимическом цикле углерода на Земле.

Геохимики давно осознали, что для многих химических элементов существуют прочные взаимосвязи между событиями в различных частях Земли: процессы в коре могут влиять на океан, процессы в океане затрагивают атмосферу, и так далее. Такие взаимосвязи удобнее рассматривать в терминах геохимических циклов: многие химические элементы проходят через разные части планеты и возвращаются в исходную точку. На поверхности Земли часто действуют процессы обратной связи, которые поддерживают баланс концентрации этих элементов или как минимум удерживают их в определенных пределах, предотвращая скапливание их в одной части планеты за счет других частей.

Особенно интересный (и сложный) геохимический цикл имеет углерод. Это важнейший компонент всего живого: все клетки растений, животных и бактерий содержат этот элемент, поэтому на цикл углерода действуют и биологические, и неорганические процессы. Кроме того, существенными участниками геохимического цикла углерода являются два важнейших парниковых газа — углекислый газ и метан, поскольку углерод входит в их состав. Между различными «резервуарами» — океанами, атмосферой, биосферой (любой жизнью), почвой, отложениями и озерами — перемещается огромное количество углерода. Важной частью цикла является фотосинтез: растения забирают углекислый газ из атмосферы, используют его для получения органического углерода в своих клетках, а обратно в атмосферу выделяется кислород. Когда растения умирают, органический углерод может окисляться и быстро возвращаться в атмосферу в виде углекислого газа, а может сохраняться в почве или отложениях в течение тысяч и миллионов лет. В болотах и других средах с малым доступом кислорода бактерии превращают углерод умерших растений в метан, который создает пузыри «болотного газа» и уходит в атмосферу. Иногда органический углерод ускользает от атак бактерий и образует слои торфа или угля, если торф залегает глубоко и нагревается. Углерод, сохраняющийся в виде торфа или угля, устраняется из активного углеродного цикла на очень долгие промежутки времени.