Лёд становится тоньше, а тайны — громче: морское дно сигналит о переменах, которых никто не ожидал

Иногда самые внушительные опасности не выглядят угрожающими, пока не оказывается слишком поздно. Именно это происходит с Арктикой, где древние механизмы выброса парниковых газов начинают просыпаться вновь. Ученые, изучившие морские отложения в высоких широтах, пришли к выводу, что процессы, однажды уже изменившие климат Земли, могут повториться. Об этом сообщает sciencepost.

Фото: unsplash.com by Anders Jildén, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

Арктика

Возвращение прошлого, которое предупреждает будущее

Чтобы понять, как климат будет реагировать на ускоряющееся потепление, специалисты обращаются к событиям 56-миллионной давности. Тогда планета пережила резкий и продолжительный температурный скачок — максимум тепла палеоцена-эоцена. Эта древняя эпоха характеризовалась стремительным разогревом атмосферы, закислением океанов и массовым выбросом углеродсодержащих газов. Именно она считается одним из лучших природных аналогов современного климатического кризиса, поскольку связана с нарушением круговорота углерода.

Для реконструкции тех событий исследователи изучили глубокие керны, поднятые со дна Северного Ледовитого океана. Слои толщиной около 15 метров стали для них своеобразной хроникой климатического прошлого, позволяющей увидеть, как реагировали океаны и атмосфера на изменения в углеродном цикле. Эти отложения сохранили тончайшие химические следы, способные рассказать, что происходило в эпоху, когда температура Земли поднималась в течение тысяч лет.

Как микробы управляют судьбой метана

Метан уже долгое время вызывает особый интерес у климатологов. Он занимает второе место по влиянию на глобальное потепление после углекислого газа, но при этом в краткосрочной перспективе действует значительно мощнее. С 2020 года уровень его выбросов растёт вдвое быстрее, чем выбросы CO₂, и прогнозировать его динамику становится всё сложнее.

На морском дне живут микроскопические организмы, которые выполняют важную роль в углеродном балансе: они поглощают метан, не позволяя ему попадать в атмосферу. Существуют два механизма. Первый — анаэробная окисление метана — происходит в глубине осадков, где отсутствует кислород. Второй — аэробная окисление — действует в верхних слоях океана. Разница кажется технической, но она определяет судьбу выбросов: в первом случае образуется стабилизирующий океан бикарбонат, а во втором — выделяется CO₂, усиливающий парниковый эффект.

Таким образом, любое изменение условий в океане может привести к тому, что нормальный цикл поглощения метана нарушится, что несёт прямую угрозу климатической стабильности. Именно это и произошло миллионы лет назад.

Катастрофа, произошедшая 56 миллионов лет назад

Учёные проанализировали органические молекулы, сохранившиеся в арктических осадках, и обнаружили заметную перестройку микробного сообщества во время древнего теплового пика. До начала кризиса метан эффективно захватывался анаэробными организмами. Но с ростом температур этот механизм оказался перегружен: метан стал высвобождаться в объёмах, которые микробы не успевали перерабатывать.

Газ проник в более высокие слои воды, где кислород ещё присутствовал. Здесь вступила в работу другая группа микроорганизмов. Однако вследствие их активности океан начал выделять дополнительные объёмы CO₂ - это усиливало разогрев и одновременно лишало глубинные слои кислорода. В таких условиях развивались анаэробные микробы, использующие сульфаты и вытесняющие тех, кто стабилизировал обмен метана ранее.

Произошла климатическая цепная реакция: рост CO₂ усиливал потепление, падение уровня кислорода меняло состав морской среды, а ослабление метановых фильтров приводило к новым выбросам, замыкая порочный круг.

Может ли Арктика XXI века повторить сценарий прошлого?

Этот вопрос будоражит исследователей, поскольку Северный Ледовитый океан современности нагревается вдвое быстрее средней скорости по планете. Уменьшение толщины льда, рост температуры воды и снижение содержания кислорода создают условия, похожие на те, в которых миллионы лет назад произошёл климатический срыв.

"Мы считаем, что это возможно и весьма вероятно", — отмечает главный автор исследования Бумсу Ким.

Такая оценка основывается на наблюдениях за состоянием арктических вод — они становятся теплее и беднее кислородом, что может привести к усилению выбросов метана со дна.

Однако некоторые исследователи напоминают, что строгое сравнение эпох не всегда корректно. Палеоклиматолог Сандра Кёртленд Тёрнер указывает, что химический состав древних океанов сильно отличался, а Арктика была менее связана с мировыми водными массами.

Несмотря на эти расхождения, большинство специалистов соглашаются: углеродный цикл способен создавать длительные и непредсказуемые последствия. Сегодняшние климатические модели далеко не всегда учитывают сложные обратные связи, которые могут проявиться после 2100 года. Это означает, что человечество продолжает двигаться вперёд, обладая лишь частичным пониманием процессов, способных изменить планетарную систему.

Сравнение: современная Арктика vs древний палеоокеан

Понимание различий помогает оценить риск повторения древнего сценария.

Миллионы лет назад Арктика была изолированной морской системой, а сегодня связана с глобальной циркуляцией.

Температуры в прошлом кризисе были выше, но темпы современного потепления значительно быстрее.

Метановые гидраты древних эпох находились в больших объёмах, но современные залежи более чувствительны к краткосрочным изменениям.

Химия океана менялась медленнее, тогда как сейчас влияние человеческой деятельности ускоряет реакции.

Такие различия показывают, что прямого повторения может и не быть, но риск новых мощных выбросов метана остаётся.

Плюсы и минусы исследований каротажных кернов

Работа с морскими отложениями позволяет восстановить историю планеты, но имеет свои особенности.

Преимущества:

• высокая точность химического анализа;
• возможность проследить динамику углеродного цикла;
• доступ к данным о температуре и составе воды;
• долгосрочные временные ряды, которые сложно получить иначе.

Недостатки:

• сложность интерпретации древних биохимических процессов;
• ограниченность числа доступных кернов;
• высокая стоимость океанских экспедиций;
• вероятность неполного сохранения органического материала.

Популярные вопросы о метановых выбросах Арктики

Почему метан так опасен?
Потому что его прогревающий эффект в десятки раз сильнее, чем у CO₂, особенно в короткие временные промежутки.

Можно ли остановить выбросы из арктических гидратов?
Их невозможно контролировать напрямую, но можно замедлить процесс путём снижения глобального потепления.

Как связаны микробы и климат?
Микроорганизмы перерабатывают метан, и любое нарушение их работы способно изменить баланс газов в атмосфере.