8 Minutės
Nauji Žemės sistemos modeliai siūlo svarstyti, kad planetos ilgalaikis atsakas į atšilimą gali būti sudėtingesnis nei tik lėtesnis sugrįžimas į pusiausvyrą per uolienų cheminį suirimą. Vietoje vien tik silikatų suirimo kaip globalinio termostato, mokslininkai siūlo galingą vandenynų kaitos grįžtamąją kilpą — maistinių medžiagų pristatymas, jūrų produktyvumo augimas, deguonies praradimas ir anglies kaupimasis gali kartu peržaisti CO2 poveikį ir ilgainiui nuvesti klimatą į stiprų atvėsimą, netgi į ledynmetį per geologines skalės laikotarpį.
Mokslinis fonas: anglies sankaupos, silikatų suirimas ir maistinių medžiagų ciklai
Keletą dešimtmečių silikatų cheminis suirimas buvo laikomas centrinio lygio, ilgalaikiu Žemės klimato termostatu. Kritulų vanduo įsisavina atmosferinį CO2, reaguoja su išgaubtais silikatiniais mineralais ir išplauna tirpius anglies junginius bei kationus į upes ir toliau į vandenynus. Ten susidarę karbonatai prisideda prie moliuskų kriauklių ir rifų formavimosi, o karbonatinės nuosėdos ilgainiui įterpia anglies junginius į žemės plutą. Šis neigiamasis grįžtamasis ryšys — didesnis suirimas esant aukštesnei temperatūrai — teorijoje stabilizuoja paviršinę temperatūrą milijonus metų.
Tačiau geologiniai įrašai fiksuoja beveik globalias glacijas, kurias vien silikatų suirimas sunku paaiškinti. Naujausi procesais praturtinti Žemės sistemos modeliai, kuriuos pristatė tyrėjai, tokie kaip Dominik Hülse ir Timothy Ridgwell, integruoja papildomus vandenynų biogeochemijos komponentus — ypač fosforo ir kitų maistinių medžiagų ciklus — ir rodo, kaip jūrų procesai gali sustiprinti anglies pašalinimą iš atmosferos ir sukelti žymiai didesnį atvėsimą nei prognozuoja vien uolienų cheminis suirimas.
Vandenyno mechanizmai: maistinės medžiagos, deguonies praradimas ir anglies kaupimasis
Pagrindinė idėja yra tokia: kai atmosferinis CO2 kyla ir klimatas šyla, intensyvesnis cheminis suirimas ir padidėjęs nuotėkis pateikia didesnius maistinių medžiagų, ypač fosforo, kiekius į vandenyną. Fosforas veikia kaip pagrindinis apribojantis veiksnys daugelyje regionų — jis „trūksta“ ir riboja fitoplanktono augimą. Kai fosforo srautas didėja, jis veikia kaip trąša: fitoplanktonas ir kiti dumbliai išauga, pagrindinė gamyba padidėja, o daugiau organinės medžiagos patenka į giluminius vandens sluoksnius ir į dugną. Tai sustiprina vadinamąjį biologinį siurblį — procesą, kuriuo anglis yra ištraukiama iš atmosferos ir ilgainiui kaupiama nuosėdose.
Bet modelis parodo labai svarbų antrinį poveikį. Padidėjęs organinės medžiagos tonų kiekis giluminiuose vandens sluoksniuose reiškia intensyvesnę aerobinių organizmų kvėpavimą ir mikroorganizmų mineralizaciją: jie susidoroja su organiniu anglies pertekliumi ir sunaudoja deguonį. Dėl to atsiranda deguonies trūkumas — hipoksija ar net anoksija — kuri palengvina iš dugninių nuosėdų atpalaiduojamo fosforo mobilizaciją. Išlaisvintas fosforas vėl patenka į vandens koloną ir dar labiau tręšia fitoplanktoną. Taip susidaro teigiamasis grįžtamasis ryšys: daugiau maistinių medžiagų → daugiau dumblų → daugiau organinės medžiagos nusėdimo → mažesnis deguonis → daugiau fosforo reciklizacijos.
Per šimtus tūkstančių — net milijonus — metų ši grįžtamoji kilpa gali žymiai padidinti anglies kaupimąsi sekliose arba giluminių vandenynų nuosėdose, sumažinant atmosferinį CO2 žemiau lygio, kurį galėtų pasiekti vien silikatų suirimas. Integruotas modelis, kurį sukūrė Hülse, Ridgwell ir kolegos, rodo scenarijus, kuriuose toks „perdėtas“ atsakas sukuria atvėsimą, pakankamą glaciacijos pradžiai.
Kas vyksta nuosėdose ir kodėl tai svarbu
Nuosėdų chemija yra esminė grandis šioje grandinėje. Organinė medžiaga, nusėdusi ant vandenyno dugno, paprastai yra lėtai mineralizuojama; tačiau kai deguonies tiekimas apribotas, oksidaciniai keliai užstringa ir anaerobinės reakcijos bei bakterinės grupės įgauna persvarą. Tai lemia šlakų, tokių kaip fosfatai ir sulfidai, mobilizaciją. Ypač jautrios yra sritys, kuriose susidaro deguonies minimumo zonos (OMZ) arba lokalios anoksinės sąlygos — tos pačios zonos, kur ir šiandien matome aukštą biologinės produktivumo potencialą ir stiprų organinės medžiagos nusėdimą.
Todėl modeliams svarbu turėti daugiasluoksnę sąveiką tarp atmosferos, landšafto, upių nuotėkio, vandenynų strūktūrų ir nuosėdų biogeochemijos. Jei kuris nors iš šių elementų ignoruojamas, modelio pabaiga gali neparodyti galimos peržengiančios atvėsimo trajektorijos.
Modelių pažanga ir kodėl tai keičia žaidimo taisykles
Šie rezultatai atsirado dėl pažangesnių, procesais grįstų Žemės sistemos modelių, kurie aiškiai sujungia sedimentinį fosforo ciklą, vandenynų deguoninimą ir globalias anglies atsargas. Anksčiau daugelis platau mastu naudojamų modelių apibūdindavo maistinių medžiagų ciklus arba deguonies pokyčius gana supaprastintai. Naujesni modeliai įdiegė detalesnius parametrus: kaip fosforas adsorbuojamas į nuosėdas, kaip jis išsiskiria atgal esant anoksijai, kiek anglies išlieka ilgalaikėje saugykloje palyginti su perdirbama dalimi, ir kaip regioninė cirkuliacija paskirsto produktus.
Modeliuotojai teigia, kad įtraukus šias sąveikas klimato sistema nebėra garantuota, jog po atšilimo ji lėtai sugrįš į pradinę būseną. Vietoje to sistema gali „peršokti“ ir per daug nukrypti link atvėsimo. Simuliacijos, kuriose vandenynų grįžtamieji mechanizmai nėra modeliuojami, nesugeba atkurti senovės ekstremalių glacijų, kurios matomos geologiniuose sluoksniuose. Kitaip tariant, šie vandenynų procesai gali būti trūkstama grandis tarp silikatų suirimo ir mus užklupusių globalių ledynmečių.
Pagrindinės išvados: praeitis, dabartis ir kas tai reiškia ateičiai
Tyrimo autoriai išskiria dvi glaudžiai susijusias mintis. Pirma, ankstyvosios Žemės istorijos metu, kai atmosferinis deguonis buvo santykinai mažesnis, fosforo reciklizacija ir deguonies nuskurdinimo sąlygos galėjo būti gerokai palankesnės tokiems stipriems maistinių medžiagų grįžtamiems mechanizmams. Tai paaiškintų, kodėl geologiniuose sluoksniuose matome itin dideles glacijas, kurių nepakanka vien silikatų suirimo poveikiui.
Antra, šiandien žmogaus sukeltas CO2 išmetimas teoriškai galėtų — per labai ilgą geologinį laiką — aktyvuoti panašius grįžtamuosius mechanizmus, kurie skatintų dar didesnį anglies kaupimąsi nuosėdose ir galbūt sugrąžintų klimatą link atvėsimo. Tačiau čia būtina akcentuoti svarbias pastabas: dabartinis atmosferos deguonies lygis yra aukštesnis nei daugelyje praeities intervalų, o tai linkę slopinti fosforo reciklizaciją ir silpninti šį ciklą. Be to, kalbame apie laikotarpius, trunkančius šimtus tūkstančių ar milijonus metų — per ilgas laikotarpis, kad būtų laikomas sprendimu į šiandienines klimato krizės problemas.
Kaip pažymi Timothy Ridgwell, natūralaus sugrįžimo į ledynmetį laikas yra mažiau svarbus nei skubus poreikis riboti šiuolaikinį atšilimą: pasitikėti lėtais Žemės sistemos grįžtamaisiais procesais negalima, jei siekiame apsaugoti visuomenes nuo trumpalaikių klimato kaitos padarinių. Kitaip tariant, net jei ilgainiui gamta gali „ištaisyti“ mūsų įnašą, tas „taisymas“ vyksta per tokį geologinį laikotarpį, jog jam negalima patikėti šiuolaikinio rizikos valdymo.
Kokios techninės detalės sustiprina šį paaiškinimą?
- Fosforo adsorbcija ir desorbcija nuosėdose priklauso nuo redoks sąlygų: esant deguonies trūkumui, fosfatai mažiau prisiriša prie geležies oksidų ir išlaisvėja į vandens koloną.
- Didesnis organinio anglies nusėdimas didina bentoninę respiraciją, spartindamas deguonies išeikvojimą giluminiuose sluoksniuose.
- Regioninės cirkuliacijos pokyčiai — pvz., mažesnis vertikalus maišymasis esant stipriai stratifikacijai — gali lokalizuoti anoksines zonas ir sustiprinti grįžtamąjį mechanizmą.
- Ilgalaikis anglies saugojimas priklauso nuo nuosėdų greičio, organinės medžiagos tipo ir aerobinio/anaerobinio mineralizacijos balansų.
Tokios detalės leidžia suprasti, kodėl paprasti plokšti modeliai nebeišgauna visos realybės stichijos: reikia sinchronizuotų atmosferos, žemės ir vandenynų komponentų, kad būtų užfiksuoti tokie kompleksiški atsakai.
Praktinės pasekmės mokslui ir politikai
Šios naujos įžvalgos turi kelis ryškius praktinius padarinius. Pirma, modeliuotojai turėtų ir toliau didinti vandenynų biogeochemijos proceso detalumą, ypač jeigu siekiama suprasti klimato jautrumą milijonų metų skalėje. Antra, geologiniai duomenys — nuosėdų chemija, izotopiniai įrašai, sąlygos, kuriose formavosi anoksinės sąlygos — tampa dar svarbesni modelių verifikavimui. Trečia, politikos formuotojams reikėtų atminti, kad nors natūralūs procesai gali sumažinti atmosferinį CO2 per geologinius laikotarpius, jie nėra priemonė šiandieninei klimato rizikai valdyti.
Kalbant apie stebėjimus, šioms hipotezėms tikrinti aktualu sekti OMZ morfologiją, regioninį fosforo ir azoto srautus, organinės medžiagos nusėdimą įvairiuose vandenyno regionuose, taip pat giluminių nuosėdų cheminius indikatorius. Tarptautinės jūrinių tyrimų programos, naudojančios autonominius plaukiuosius jutiklius, giliai-panardinamąsias platformas ir nuolatinio monitoring'o stočių tinklus, yra būtinos norint susieti modelinius spėjimus su realiais duomenimis.
Ekspertų komentaras
„Modelis atveria, kiek glaudžiai susiję vandenynų cheminė sudėtis ir klimatas“, — sako dr. Karen Lopez, klimato sistemos mokslininkė (fiktyvus asmuo). „Tai primena, kad anglies sankaupos veikia keliomis laiko skalėmis ir kad vandenynų deoksigenacija gali fundamentaliai pakeisti maistinių medžiagų biudžetą ir klimato atkūrimo trajektoriją po atšilimo.“
Šis komentaras primena — mokslas neieško sensacingų sprendimų, o aiškiai atkreipia dėmesį į papildomus mechanizmus, kuriuos reikėtų įtraukti į klimato vertinimus.
Galiausiai, svarbu pabrėžti, kad ši hipotezė nesudaro melsvos plokštelės, kurią galėtume uždėti ant šiandieninių klimato problemų: ją reikia suprasti kaip papildomą istorinį kontekstą ir kaip įspėjimą, kad vandenynai turi galią įtakoti klimato trajektorijas labai reikšmingai, tačiau dažniausiai per labai ilgus laikotarpius.
Taigi, ar vandenynai gali sukelti ledynmetį? Šiandienos duomenys ir modeliai rodo, kad tai geologiniu mastu įmanoma, tačiau tai priklauso nuo sudėtingos maistinių medžiagų-deguonies-anglies sąveikos, regioninių sąlygų ir laiko grafiko, kuris nėra suderinamas su trumpalaikiu rizikos valdymu. Kol mokslininkai toliau tobulins modelius ir gaus daugiau jūrinių duomenų, politiniai sprendimai turi likti orientuoti į sparčią ir tikslingą išmetamųjų teršalų mažinimą, nes tik tai apsaugo visuomenes nuo artimiausių klimato kaitos pasekmių.
Šaltinis: scitechdaily
Palikite komentarą