Изучение соотношения изотопов кислорода позволило ученым сделать неожиданный вывод: согласно существующим представлениям о концентрации углекислого газа в древней атмосфере Земли, биопродуктивность мелового периода была значительно выше, чем в наши дни.
Ученые из международной исследовательской группы провели сравнение изотопного состава кислорода в костях десяти видов современных птиц и в зубной эмали двадцати двух ископаемых видов нептичьих динозавров. Полученные данные опубликовали в журнале PNAS.
Изотопный состав кислорода у современных птиц практически не отличается от такового у современных млекопитающих, независимо от их размеров. На основании этого исследования авторы сделали вывод о том, что эти соотношения являются универсальными для животных. Однако, при сравнении с данными по динозаврам, ученые выявили существенные различия в изотопном составе кислорода в мезозойскую эпоху.
Различия в соотношениях могли возникнуть, если концентрация углекислого газа в атмосфере в те времена существенно отличалась от современной, либо если биопродуктивность была принципиально иной. Это связано с тем, что соотношение изотопов кислорода в атмосфере в значительной степени зависит от активности фотосинтезирующих организмов, которые получают кислород из углекислого газа и воды.
Используя данные о биопродуктивности юрского периода (основанные на останках возрастом 143–152 миллиона лет) и мелового периода (основанные на останках возрастом 66–73 миллиона лет), можно сделать вывод о другом содержании углекислого газа в те эпохи, если бы оно было сопоставимо с современным. В позднем юрском периоде концентрация углекислого газа могла достигать 1200 частей на миллион, а в позднемеловом – 750 частей на миллион.
Согласно другим источникам, зафиксирован иной уровень выбросов СО 2 в воздухе тогда был существенно выше этих оценок. Из этого исследователи пришли к выводу о совсем другой биопродуктивности обеих эпох. Получилось, что в юрском периоде она была в 1,2 ± 0,17 раза выше, чем сегодня (при уровне СО 2 в воздухе 1500 частей на миллион), а в позднемеловом — в 2,24 ± 0,96 раза выше (при уровне СО 2 1000 частей на миллион).
Более высокая биопродуктивность в прошлом вполне объяснима: согласно графику ниже, современный период характеризуется одними из самых низких температур в истории Земли. Температура оставалась на столь низком уровне лишь во время каменноугольного оледенения, вызванного экологическим дисбалансом, связанным с массовым захоронением растительной массы в ту эпоху (это привело к образованию мощных пластов угля, давших название периоду). Мезозойский период был значительно теплее, и, следовательно, характеризовался более высокой биопродуктивностью.
К удивлению, биопродуктивность позднего мелового периода оказалась в 2,24 раза выше, чем в современной эпохе, несмотря на сходные со среднеюрскими температуры. Согласно новому исследованию, позднеюрский период был биопродуктивнее современной Земли лишь в 1,2 раза. Привлекает внимание и значительная неопределенность в оценках биопродуктивности позднего мелового периода: диапазон 2,24 ± 0,96 указывает на существенный разброс.
Меловой период, безусловно, характеризовался большей биопродуктивностью, чем современный, однако эта разница уже не столь выражена и значительно превышает показатели позднеюрского периода. Исследователи объяснили наблюдаемую изменчивость тем, что зубы некоторых тираннозавров из позднего мела демонстрируют отклонения от среднего для их времени соотношения изотопов кислорода. Подобные расхождения могут свидетельствовать о кратковременных, но существенных колебаниях биопродуктивности в тот период.
Напомним, в настоящее время биопродуктивность демонстрирует устойчивый рост и уже на 31 процент выше, чем в 1900 году. Это обусловлено не только происходящим потеплением, но и, в большей степени, высоким уровнем СО 2 в воздухе. Именно этот газ — основная «пища» растений, откуда и его влияние на биопродуктивность.
Уровень углекислого газа в атмосфере Земли к концу столетия значительно превысит нынешний и приблизится к показателям позднего мелового периода. Это, вероятно, приведет к еще большему росту продуктивности фотосинтезирующих организмов.