Полюси Землі зледеніли через випадкове поєднання факторів

Протягом геологічної історії на планеті переважав теплий клімат. Лише двічі за минулі пів мільярда років траплялися тривалі похолодання, включаючи сучасне, що триває приблизно 34 мільйони років. Льодовикові періоди супроводжувалися зниженням концентрації вуглекислого газу атмосфері, проте причини цього незрозумілі. У новій роботі вчені збудували модель, об’єднавши всі гіпотези охолодження клімату. Це дозволило пояснити зледеніння полюсів, яке ми спостерігаємо зараз.

Відповідно до сучасних уявлень від концентрації CO₂ в атмосфері залежить температура на Землі. Для пояснення геохімічного циклу вуглецю в масштабі від десятків до сотень мільйонів років залучають тектонічні механізми. Вважається, що в результаті дегазації з літосфери CO 
₂ потрапляє в атмосферу, а вивітрювання силікатних мінералів земної кори, особливо на континентах та в зонах офіолітових, навпаки, видаляє його звідти, зв’язуючи в карбонатних мінералах. Під час вивітрювання також вивільняються мінеральні компоненти, необхідні живлення біомаси, що, своєю чергою, запускає механізм поглинання вуглекислого газу з атмосфери та поховання їх у вигляді органіки.

З плином геологічного часу процеси тектоніки та вивітрювання значно змінили вигляд планети. Особливо великі зміни відбулися у фанерозої (так називають останні 538 мільйонів років), що пов’язано головним чином із колонізацією поверхні життям. Було розроблено моделі, що реконструюють клімат на Землі на основі різних механізмів, проте результати їх суперечливі. Вони не дали відповіді на запитання, який механізм веде в цій справі.

Розібратися у проблемі вирішили вчені з Австралії, Франції та Великобританії. Для цього вони використовували безперервну модель земної системи (Earth System Model), починаючи з девонського періоду, 419 мільйонів років тому. Більш ранні періоди довелося виключити через брак достовірних даних. Також автори не оцінювали те, як поширення рослинності вплинуло на зледеніння. Результати їхньої роботи опубліковані в журналі Science Advances.

Модель показала, що нинішній холодний стан не є типовим для Землі, більшу частину своєї історії перебувала в теплому кліматі. До зледеніння полюсів призвів випадковий збіг відразу кількох факторів. Для пояснення льодовикових періодів геологи висували різні причини: виверження вулканів, зростання ролі лісів, що запасають вуглекислий газ, хімічні реакції CO₂ з геологічними породами. Всі ці механізми протестували у 3D-моделі Землі SCION, спочатку розробленої в Університеті Лідса (Великобританія). Розрахунки показали, що жоден з механізмів сам по собі не міг призвести до охолодження клімату, для цього потрібне одночасне поєднання факторів.

«Ми з’ясували, що причина, через яку ми живемо на планеті з полярними шапками, а не на вільній від льоду, — випадкова комбінація дуже рідкісних спалахів глобального вулканізму та великої розкиданості континентів з високими горами, які забезпечують сильні опади на планеті. Це, своєю чергою, посилює реакції поглинання вуглецю з атмосфери», – пояснив керівник дослідження Ендрю Мередіт із Лідса.

Важливий висновок, за словами вченого, полягає в тому, що природний механізм регулювання клімату веде до високої концентрації CO₂ і потепління без крижаних шапок, а не тому, що ми бачимо зараз.

«Ми вважаємо, що ця загальна тенденція до теплого клімату захищає нас від згубного стану «Землі-сніжка «, який виникає вкрай рідко, і тільки тому життя продовжує існувати», — додав Мередіт.

Виходячи з цього, слід враховувати, що клімат планети не прагнутиме прохолодного стану, в якому він перебував у доіндустріальну епоху. Потрібно бути обережними із твердженнями про те, попередили автори, що холодний клімат повернеться, якщо ми його перегріватимемо до того, як зупинимо викиди.