Ученые связали выбросы углекислого газа с падением кислорода в древних морях

Даже в эпоху, когда кислорода в атмосфере было больше, чем сегодня, океаны Земли переживали эпизоды значительного снижения концентрации кислорода. Новое исследование показывает, что причиной этого могли быть выбросы углекислого газа (CO₂), по масштабу сравнимые с современными.

Как менялись биоразнообразие, кислород и углекислый газ в палеозое. Рис. A показывает рост и падения морского биоразнообразия за 300 млн лет, включая массовые вымирания (красные стрелки) и всплески разнообразия (зеленая и синяя зоны). Рис. B отображает уровни кислорода и углекислого газа в атмосфере, а также изотопные данные урана (оранжевые блоки), указывающие на дефицит кислорода в океане. Показаны также климатические события — накопление органики, оледенения и широтные изменения.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences

Команда ученых из Калифорнийского университета в Дейвисе, Китайской академии наук и Техасского университета опубликовала работу в журнале PNAS. Они выяснили, что около 300 млн лет назад в океанах пять раз происходило исчезновение кислорода. Эти события совпадали с резким увеличением концентрации CO₂ в атмосфере.

В исследовании под руководством профессора Исабель Монтаньес, проанализированы образцы горных пород южного Китая (разрез Нацин). Геохимики изучили содержание изотопов урана — чувствительного маркера кислородного режима в океанах — и сопоставили эти данные с климатическими моделями.

Рис. A — карта древнего мира около 300 млн лет назад. Желтой звездой отмечен разрез Нацин, где проводилось исследование, красные треугольники — крупные вулканические провинции. Рис. B — карта палеобассейна Южного Китая. Рис. C — стратиграфическая колонка разреза Нацин с описанием пород, накопленных в этом регионе от позднего карбона до ранней перми.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences

Несмотря на высокий уровень кислорода в атмосфере (до 1,7 раза выше, чем сегодня), океаны оказались уязвимы к временным всплескам CO₂. Каждый такой выброс вызывал дефицит кислорода в 4–12% площади морского дна. Один из эпизодов совпал с падением биоразнообразия на 25%.

Моделирование показало, что кратковременные выбросы углерода могли поступать из вулканических источников. Их эффект возрастал за счет усиленного вымывания фосфора в океан, ускорения продуктивности и, как следствие, быстрого расходования кислорода. Получалась самоподдерживающаяся цепная реакция.

Авторы предупреждают: сценарии, похожие на палеозойские, вполне реализуемы уже в этом столетии

Источник: Unsplash

Хотя это падение концентрации кислорода в море происходило в далеком прошлом, условия напоминают сегодняшние: быстрое увеличение CO₂ и начало деградации циркуляции в океанах. Разница в одном — сейчас темпы роста CO₂ как минимум в 100 раз выше.

Человек и правда делает это снова, только гораздо быстрее.

Исабель Монтаньес

профессор

Авторы предупреждают: даже в хорошо насыщенной кислородом атмосфере возможно обострение дефицита кислорода в океанах. Это особенно опасно для прибрежных экосистем, богатых биоразнообразием и важнейших для рыболовства. Сценарии, похожие на палеозойские, вполне реализуемы уже в этом столетии — с неизвестными последствиями для человека и биосферы.

Ранее мы рассказывали, что геологи нашли новый тип плюмов на Ближнем Востоке.