Між науковим співтовариством, урядами, гуманітарними організаціями та навіть військовими планувальниками кліматичні зміни вважаються єдиною найбільшою загрозою, з якою сьогодні стикається людство. Між зростанням голоду, хвороб, повеней, переміщень, надзвичайної погоди та хаосу, що призводять до цього, зрозуміло, що те, як ми спричиняємо теплість нашої планети, має страшні наслідки.
Але існує ряд сценаріїв, коли заподіяна шкода тепер може призвести до утікаючого ефекту, що призведе до масових вимирань. Таку можливість було проілюстровано в недавньому дослідженні, проведеному професором MIT Деніелом Ротманом за підтримки НАСА та Національного наукового фонду (NSF). За словами Ротмана, ми загрожуємо порушенням "порогу вуглецю", який може призвести до відбійного ефекту з океанами Землі.
Ротман, професор геофізики та співдиректор Центру Лоренца у відділі наук про Землю, Атмосферу та Планетні науки MIT, провів останні кілька років, попереджаючи нас про критичний поріг, який ми стикаємося. Ще в 2017 році він опублікував статтю в Наукові досягнення що попереджало, як до 2100 року в океанах Землі може бути достатньо вуглекислого газу, щоб викликати масове вимирання.
З тих пір Ротман удосконалив це прогнозування, вивчаючи спосіб реагування вуглецевого циклу, коли він просунеться через критичний поріг. У своєму новому документі, який з’явився в Праці Національної академії наук, Ротман використав просту математичну модель, яку він розробив, щоб представити кругообіг вуглецю у верхньому океані Землі та як він може вести себе при перетині цього порогу.
Цей цикл складається з викиду вуглецю в атмосферу Землі (в основному за рахунок вулканічної активності) і зберігання в мантії Землі у вигляді карбонатних мінералів. Наш океан також виконує функцію «раковини вуглецю», виводячи з повітря атмосферний вуглець і перетворюючи його в вуглекислоту. Цей цикл підтримував температури планети та рівень кислотності океану стабільними з часом.
Коли вуглекислий газ з атмосфери розчиняється у морській воді, це також впливає на зниження концентрації карбонатних іонів в океані. Коли вони опускаються нижче певного порогу, оболонки, виготовлені з карбонату кальцію, починають розчинятися, і організми, які залежать від них для захисту, виживають важче.
Це згубно з двох причин. З одного боку, це означає, що важлива частина морського життєвого циклу почала б відмирати. З іншого боку, оболонки відіграють важливу роль у видаленні вуглекислого газу з верхнього океану. Це відбувається внаслідок покладання організмів на свої оболонки, щоб допомогти їм опуститися на океанське дно, несучи з собою шкідливий органічний вуглець.
Тому збільшення атмосферного вуглекислого газу (і окислення океану в результаті) означатиме меншу кількість кальцифікуючих організмів і менше вилучення вуглекислого газу. Як пояснив Ротман в недавньому інтерв'ю MIT News:
"Це позитивний відгук. Більше вуглекислого газу призводить до отримання більше вуглекислого газу. Питання з математичної точки зору полягає в тому, чи достатньо такого зворотного зв'язку, щоб зробити систему нестабільною? "
Цей процес траплявся багато разів протягом історії Землі. Як зазначив Ротман у своєму дослідженні, дані, отримані в результаті дослідження осадових шарів, показують, що запаси вуглецю в океані швидко змінювалися (а потім відновлювалися) за десятки разів за останні 540 мільйонів років. Найдраматичніші з них відбулися приблизно в той же час, що і чотири з п’яти великих масових вимирань в історії Землі.
У кожному з цих випадків Ротман приходить до висновку, що збільшення вуглекислого газу (поступово чи раптово) врешті-решт просунулося через поріг, в результаті чого ефект каскаду утікає з хімічними реакціями. Це призвело до надзвичайного підкислення океану та посилення наслідків первинного тригера.
Більше того, приблизно за половину збоїв у моделі Ротмана швидкість, з якою збільшувався вуглець, була практично однаковою, коли вони були приведені в рух. Хоча тригери в минулому, швидше за все, були пов'язані з підвищеною вулканічною активністю або іншими природними подіями, вони відбувалися протягом десятків тисяч років. Сьогодні людство перекачує СО2 в атмосферу зі швидкістю, раніше нечуваною в геологічному записі.
Це було одним з основних висновків дослідження Ротмана, яке показало швидкість, з якою СО2 вводиться відіграє головну роль у вибиванні системи з удару. Тоді як скромні збурення в циклі вуглецю з часом зменшуються і не впливають на загальну стабільність океану, швидке введення СО2 призведе до каскаду позитивних відгуків, які збільшують проблему.
Сьогодні Ротман стверджує, що ми «знаходимось у прірві збудження», і якщо це відбудеться, наслідки, що виникають у результаті, і наслідки, ймовірно, будуть схожі на минулі глобальні катастрофи. "Після того, як ми переступимо поріг, те, як ми потрапили, може не мати значення", - сказав він. "Після того, як ви переберете це, ви маєте справу з тим, як працює Земля, і вона продовжує самостійно".
З іншого боку, його дослідження також показало, що океани Землі (засновані на поточних рівнях підкислення) з часом повернуться до рівноваги, але лише через десятки тисяч років. Ця закономірність узгоджується з геологічними записами, зокрема, щонайменше з трьома масовими вимираннями, які, як вважають, пов'язані зі стійким масовим вулканізмом.
Іншими словами, якщо антропогенні викиди вуглецю перейдуть поріг і продовжуються за ним, наслідки можуть бути такими ж серйозними, як і при попередніх масових вимираннях. "Важко знати, як все закінчиться з урахуванням того, що відбувається сьогодні", - сказав Ротман. "Але ми, мабуть, близькі до критичного порогу. Будь-який спайк досяг би свого максимуму приблизно через 10 000 років. Сподіваємось, це дасть нам час знайти рішення ».
Вже наукове співтовариство визнає, що антропогенний СО2 викиди впливають на довкілля Землі - ефект, який можна відчути тисячоліттями. Однак, це дослідження припускає, що ці наслідки можуть бути набагато драматичнішими, ніж очікувалося раніше, і можуть бути незворотними протягом певного моменту. Якщо нічого іншого, дослідження Ротмана підкреслюють необхідність впровадження рішень зараз, поки ще є час.
