В течение всей геологической истории Земли климат был преимущественно теплым. За последние полмиллиарда лет имели место лишь два эпизода значительного похолодания, в том числе и современный, который продолжается около 34 миллиона лет. Ледниковые периоды сопровождались уменьшением концентрации углекислого газа в атмосфере, однако механизмы этого явления до сих пор не ясны. В рамках новой работы исследователи разработали модель, объединяющую различные гипотезы, объясняющие процессы охлаждения климата. Это дало возможность объяснить современное обледенение полюсов.
Согласно современным представлениям, от концентрации CO2 в атмосфере зависит температура на Земле. Для объяснения геохимического цикла углерода на масштабе от десятков до сотен миллионов лет привлекают тектонические механизмы. Считается, что в результате дегазации из литосферы CO 2 попадает в атмосферу, а выветривание силикатных минералов земной коры, особенно на континентах и в офиолитовых зонах, наоборот, удаляет его оттуда, связывая в карбонатных минералах. Во время выветривания также высвобождаются минеральные компоненты, необходимые для питания биомассы, что, в свою очередь, запускает механизм поглощения углекислого газа из атмосферы и захоронения его в виде органики.
В течение геологической истории тектонические процессы и выветривание оказали существенное влияние на внешний вид Земли. Наиболее значительные преобразования произошли в фанерозой – период, охватывающий последние 538 миллионов лет, что, главным образом, обусловлено распространением жизни на поверхности планеты. Созданы различные модели для реконструкции климата Земли, однако их результаты неоднозначны и не позволяют установить, какой из механизмов является определяющим.
Ученые из Австралии, Франции и Великобритании предприняли попытку разобраться в этой проблеме, используя непрерывную модель земной системы ( Earth System Model) геологические исследования охватывают период, начиная с девонского, приблизительно 419 миллионов лет назад. Более ранние этапы были исключены из-за недостатка надежных данных. Кроме того, в работе не рассматривалось влияние распространения растительности на процессы оледенения. Результаты их работы опубликованы в журнале Science Advances.
Согласно результатам моделирования, текущий период похолодания не является характерным для Земли, которая на протяжении большей части своего существования отличалась теплым климатом. Образование ледяных шапок полюсов стало следствием редкого стечения обстоятельств, когда одновременно совпало несколько факторов.
Геологи предлагали различные объяснения ледниковых периодов, включая извержения вулканов, увеличение площади лесных массивов, поглощающих углекислый газ, и химические реакции с участием CO 2 с геологическими породами. Все эти механизмы протестировали в 3D-модели Земли SCION, изначально разработанной в Университете Лидса (Великобритания).
По результатам расчетов выяснилось, что ни один из рассматриваемых методов не способен обеспечить снижение температуры климата, необходима комбинация нескольких факторов.
«По словам руководителя исследования Эндрю Мередит из Лидса, наша планета имеет полярные шапки, а не свободна ото льда, благодаря уникальному стечению обстоятельств: редким эпизодам глобального вулканизма и расположению континентов с высокими горами, способствующему обилию осадков. Этот фактор, в свою очередь, усиливает процессы поглощения углерода из атмосферы.
По мнению ученого, ключевым является то, что естественные процессы, происходящие на Земле, приводят к значительному повышению концентрации CO 2 и потеплению без ледяных шапок, а не тому, что мы видим сейчас.
«Мы полагаем, что сложившаяся тенденция к потеплению климата ограждает нас от критического состояния „ Земли-снежка“, которое возникает крайне редко, и именно поэтому жизнь продолжается», — добавил Мередит.
Учитывая это, можно заключить, что климат Земли не вернется к состоянию, характерному для периода до начала индустриальной деятельности.
Авторы предостерегли: если продолжать перегревать климат, не сократив выбросы, холодный период может вернуться.