Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Когда вулканическое поступление двуокиси углерода невелико, уравновешивающие силы действуют в обратном направлении: выветривание замедляется, а газ остается в атмосфере. Таким образом концентрация углекислого газа остается в тех пределах, которые делают поверхность нашей планеты пригодной для жизни: она не превращается ни в ледяную пустыню (как было бы при отсутствии парниковых газов), ни в пылающий ад (как происходит на Венере, атмосфера которой состоит в основном как раз из двуокиси углерода). Конечно, эта картина весьма упрощена — действуют и другие факторы. Однако общая концепция равновесия между вулканическим предложением с одной стороны и потреблением при выветривании с другой полезна при рассмотрении проблемы долгосрочного регулирования атмосферного углекислого газа.

Однако геологические данные в отношении ПЭТМ показывают, что какие-то кратковременные процессы полностью разрушили сбалансированную работу углеродного цикла. Изменение соотношения изотопов углерода, зафиксированное в начале этого интервала времени, произошло очень быстро, всего за несколько тысяч лет (рисунок 26). Такое быстрое начало подразумевает, что в систему океан-атмосфера внезапно попало большое количество углерода, а необычайно большое изменение в соотношении изотопов указывает, что соотношение изотопов в добавленном углероде сильно отличалось от того, что наблюдается в «нормальном» углероде. Поэтому подозрение быстро пало на метан.

Рисунок 26. Данные для палеоцен-эоценового термического максимума (ПЭТМ), полученные из керна осадочных пород, взятого в Южной Атлантике. В этом керне ПЭТМ начинается на глубине сразу после 140,1 м, где концентрация карбонатов быстро падает до нуля; спустя примерно 110 000 лет концентрация возвращается к уровню до ПЭТМ. Обратите внимание, что данные изотопов углерода для первой части ПЭТМ отсутствуют — в этом интервале просто недостаточно карбонатных раковин для анализа. Часть керна, где карбонаты не осаждались, соответствует периоду примерно в 60 000 лет. (Данные взяты из Zachos et al. 2005).

Почему метан? В тех единицах, что используются для соотношений изотопов углерода-13 и углерода-12, отложения тех времен, что непосредственно предшествовали ПЭТМ, имеют значения около +2,5. Вскоре после начала теплого периода значение упало практически до нуля, то есть почти на три единицы. Аналогичные изменения происходили с органическим углеродом на суше. Для мира изотопов углерода это очень большой сдвиг. Общее количество этого элемента, проходящего через различные резервуары в океанах, в атмосфере и на суше, настолько велико, что для изменения отношения изотопов хотя бы на одну единицу, не говоря уже о трех, требуется колоссальное добавление. Чем ближе отношение изотопов в добавляемом углероде к тому, которое уже имеется в системе, тем больше углерода придется добавить, чтобы добиться существенного сдвига в этом параметре. Биологически производимый метан имеет экстремальное соотношение изотопов углерода — оно примерно равно -60. Но даже при таком экстремальном значении, чтобы добиться наблюдаемого изменения в соотношении изотопов, нужно добавить от 2000 до 4000 миллиардов тонн метана. Если же брать углерод из других источников, то добавлять придется еще больше.