Земля может столкнуться с резким повышением температуры

Начало эры млекопитающих было очень странным. Планета ещё отходила от удивительного исчезновения своих знаменитых суперзвёзд, динозавров. Новейший кратер Земли ещё представлял собой дымящуюся систему гидротермальных источников, бурлящих под Мексиканским заливом. После такого армагеддона наши оглушённые предки тихонько договорились о новых ролях на унаследованной ими по случайности планете. И уже вскоре жизнь приспособилась к новым ритмам – 15-метровые удавы бороздили парники джунглей, птицы выросли до гигантских размеров, имитируя покинувших их кузенов, и появились млекопитающие, относительно похожие на современных, которых мы могли бы признать, несколько постаравшись. И в течение нескольких миллионов лет, освободившись от железной пяты исчезнувших гигантов, они начали экспериментировать. Ранние киты важно бороздили просторы Пакистанского архипелага на четырёх ногах, проверяя жизнь в воде. Первые лемуроподобные приматы прыгали с верхушек деревьев, а всевозможные копытные метались туда и сюда по лесу.

Но наиболее удивительной особенностью раннего периода млекопитающих была всепроникающая жара – было так жарко, что 50 млн лет назад за полярным кругом водились крокодилы, пальмы и серые песчаные акулы. С другой стороны сине-зелёного шарика, в водах, которые сегодня омывают Антарктиду, температура поверхности воды могла достигать невероятных сегодня 30 ºC, и в Антарктиде росли почти тропические леса. В тропиках существовали безжизненные зоны, слишком горячие, чтобы там могли выжить какие-то растения или животные.

Такая ситуация царила в древней атмосфере, 0,1% которой (1000 ppm) составлял диоксид углерода. Если эта цифра кажется знакомой – вы правы, именно до такого состояния человечество должно довести планету к концу этого века. Это должно нас немного беспокоить.

«Выбросите больше CO2 в атмосферу – и получите ускорение потепления. Это чрезвычайно простая физика, до которой мы додумались ещё в XIX веке», — говорит Дэвид Наафс, специалист по органической геохимии из Бристольского университета. «Но насколько точно разогреется [планета] к концу столетия, мы не знаем. На основе наших исследований древних климатов можно сказать, что больше, чем мы думали».

На прошлой неделе Наафс с коллегами выпустили исследование в журнале Nature Geoscience, где провели реконструкцию температур на суше во время этой древней парилки с высоким содержанием CO2, существовавшей в позднем палеоцене и раннем эоцене – в знойном начале эры млекопитающих. И они раскопали неожиданно обжигающие температуры.

Для изучения прошлого земли учёным нужны хорошие камни, и, к счастью для геологов и компаний, занимающихся полезными ископаемыми, в джунглях и болотах с ранней эры млекопитающих осталось огромное количество угля. Долина реки Паудер в США, к примеру, заполнена ископаемыми болотами палеоцена, которые, сгорая сегодня, вносят порядка 10% вклада в выброс углеродов в США. Команда Наафса изучала примеры угля низкого качества, чёрного лигнита, или ископаемого торфа. Такой уголь находили по всему миру (везде, от открытых шахт в Германии до обнажённых пород в Новой Зеландии), и время его появления протянулось от позднего палеоцена до раннего эоцена, от 56 до 48 млн лет назад. Учёные смогли восстановить состояние древнего климата, анализируя чувствительные к температуре структуры липидов, производимых ископаемыми бактериями и археями, жившими в этих исчезнувших болотах, и сохранившихся в угле. Команда обнаружила, что в прошлом, при большом содержании CO2, в древних Британии, Германии и Новой Зеландии жизнь терпела средние ежегодные температуры в 23-29 ºC, что на 10-15 ºC теплее, чем сегодня.

«Эти заболоченные территории выглядели точно так же, как сегодня выглядят тропические болота – такие, как Эверглейдс на Амазонке, — говорит Наафс. – Так что Европа выглядела, как Эверглейдс, и такая внезапная волна жары, которую мы испытываем сейчас [середина лета 2018], была бы совершенно нормальным явлением. То есть, такой климат был бы повседневным».

Сегодняшняя жаркая погода, установившаяся в Европе, заставила скандинавов загорать, и выгнала на пляжи оленей, при температурах, достигающих 32 ºC в пределах полярного круга. Она зажгла разрушительные лесные пожары в Греции и вызвала невыносимые выходные в Испании и Португалии. Но более 50 млн лет назад такая погода была бы базовой для широт от 45º до 60º. И при такой жаркой погоде, когда беспрецедентная жара была бы нормальной, волна неожиданного жара показалась бы нечеловеческой.

«Возможно, волна жаркой погоды в Европе установила бы погоду порядка 40 ºC на три недели. Мы не знаем». Такой была жизнь в конце палеоцена и начале эоцена на средних широтах. Но ближе к экватору в этой глобальной бане жара должна была быть ещё более жестокой, преодолевавшей ограничения сложной жизни. Чтобы узнать, насколько жестокой, команда Наафса проанализировала образцы древнего лигнита из Индии, которая всё время должна была существовать в тропиках – этот субконтинент всё ещё перемещается по Индийскому океану навстречу своему рандеву с Азией, вздымающему горы. Но, к несчастью, оказалось, что температуры тех проб превысили максимум. Они были слишком высокие, чтобы их можно было измерить недавно разработанным методом. Поэтому вопрос того, насколько адскими были тропики в ранние дни существования наших предков, остаётся открытым – однако учёные нагрузили парочку компьютеров задачей воссоздания этой ситуации, будто бы вышедшей из научной фантастики.

«Некоторые климатические модели говорят о том, что тропики были мёртвой зоной, температура в которой превышала 50 ºC, например, в Африке и Южной Америке, — говорит Наафс. – Но у нас нет данных, поэтому мы этого не знаем».

Работа Наафса укладывается в более крупное общее представление о Земле, как о почти неузнаваемой парниковой планете в далёком прошлом. Палеонтолог Джэлин Эберли [Jaelyn Eberle] из Колорадского университета недавно вернулась в свой рабочий кабинет в городе Болдер с острова Элсмир, находящегося в Канаде за полярным кругом, где она вела исследования с 1990-х. Элсмир находится настолько далеко на севере, насколько можно забраться, чтобы не свалиться с Северной Америки и не встретиться с Санта-Клаусом. Там безжизненные нагорья возвышаются над забитыми льдом фьордами, и только одинокие северные олени могут перемежаться с овцебыками под обширным небом Нунавута. Ещё там водятся полярные медведи, но Эберли повезло пока не встретиться ни с одним из них – хотя там, на вершине мира, перспектива может сыграть с вами шутку, и белоснежный полярный заяц, стоящий на задних ногах, на определённом расстоянии может показаться угрожающим.

«Достаёте ружьё, начинаете волноваться, а потом смотрите в бинокль – а это всего лишь кролик», — говорит Эберли.

Но она забирается на север не просто для того, чтобы иногда повстречать представителей полярной фауны. Её цель – фауна более тёплых времён. Хотя там, на вершине мира, деревья не растут, там встречаются пеньки. И им около 50 млн лет.

«Ископаемые леса на Элсмире – потрясающее зрелище, — рассказывает Эберли об экосистеме, погребённой в арктической почве. – Как только начинаешь изучать их подробно, возникает удивление – ого, да это ведь джунгли».

Эберли – палеонтолог, специализирующийся на позвоночных, и хотя мимо её лагеря может пройти овцебык, в почве под ним есть достаточно разнообразных животных для изучения.

«Тут есть аллигаторы, гигантские черепахи, приматы, всякое такое. Огромные животные, похожие на бегемотов – корифодоны. Тапиры – то есть, у нас тут тапиры, жившие достаточно близко к Северному полюсу в начале эоцена, при том, что сегодня на полюсе тапиры явно не живут», — смеётся она.

Наличие этих животных говорит об очень тёплом климате. И всё же есть довольно большая разница между традиционными прогнозами о потеплении в будущем – тем, например, что даёт межправительственная группа экспертов по изменению климата (МГЭИК), говорящая о потеплении примерно на 4 ºC к концу века при условии сохранения текущих выбросов и поднятии уровня моря на несколько сантиметров – и практически неузнаваемой Земле, погребённой в камнях, появившейся при сходных показателях CO2, которую раскапывает Эберли.

Один очевидный способ устранить расхождение – отметить, что изменения древней Земли шли сотни тысяч и миллионы лет, и планета не прекратит изменяться в конце XXI века. Изменения, начало которых мы уже наблюдаем, полностью развернутся тоже только за тысячелетия – если мы не предпримем быстрых мер для их компенсации. В последний раз содержание CO2 равнялось нынешнему в 400 ppm (0,04%) 3 млн лет назад в плиоцене, когда уровень моря был примерно на 25 м выше сегодняшнего. Очевидно, что климат ещё не дошёл до равновесия с миром с таким содержанием CO2.

И ждать придётся ещё долго. В любом случае, мы определённо не остановимся на 400 ppm. Если мы доведём содержание CO2 до величин порядка 1000 ppm к концу столетия, потепление никуда не денется, и Земля будет продолжать меняться так долго, что для людей этот период покажется вечностью. И когда, наконец, система Земли придёт к равновесию, это, скорее всего, будет состояние, аналогов которому в краткой эволюционной истории Homo sapiens не найти. Что самое неприятное, климатические модели, от которых мы, как вид, зависим в вопросах предсказания нашего будущего, по большей части не справились с предсказанием нашего знойного прошлого. И хотя разрыв сокращается, модели подбираются к истине, даже те, что близко подходят к воспроизводству теплицы раннего эоцена, требуют увеличения уровня CO2 в атмосфере в 16 раз по сравнению с современным – это выходит далеко за рамки простого удваивания или утраивания CO2, о котором свидетельствуют ископаемые записи.

Мы, очевидно, что-то упускаем, и Наафс считает, что один из недостающих ингредиентов в моделях, это метан – газ с мощным парниковым эффектом, способный помочь закрыть брешь между миром моделей и миром ископаемых.

«Нам ничего не известно по поводу циклов метана в эти парниковые периоды, — говорит он. – Мы знаем, что чем теплее становится, тем больше метана выделяют болота, но нам ничего не известно о циклах метана за пределами доступного ледяным кернам, а они уходят в прошлое всего на 800 000 лет. Мы знаем, что тропические болота закачивают в атмосферу гораздо больше метана по сравнению с более холодными болотами. И мы знаем, что метан способен усиливать потепление на высоких широтах, и это, возможно, и есть недостающая обратная связь».

Во многих аспектах эти древние миры не сравнить с нашим. Нужно с осторожностью сравнивать два разных мира. Ранняя эпоха млекопитающих была не такой, как сегодняшняя планета. Континенты располагались по-другому, из-за чего океан циркулировал не так, и пограничные условия 50 млн лет назад были совсем не такие, как у нас – за всё это огромное время произошло огромное количество изменений в тектонике, океанографии и биологии. Но если искусственно накачать достаточно много парниковых газов в атмосферу, то, как считает Наафс, можно воссоздать множество самых дичайших аспектов ранней эпохи млекопитающих.

«Если мы сожжём всё ископаемое горючее и подождём несколько столетий, мы можем вернуться к такому состоянию, — говорит он. – По сути, во всех видах палеоклиматических исследований продемонстрировано, что высокое содержание CO2 означает очень тёплый климат. А когда становится очень тепло, то может стать и очень, очень тепло».