Согласно новому исследованию, проведенному учеными из Университетского колледжа Лондона и Йельского университета, появление растений на суше около 400 миллионов лет назад могло изменить то, как Земля естественным образом регулирует свой собственный климат.
Углеродный цикл, процесс, посредством которого углерод перемещается между породами, океанами, живыми организмами и атмосферой, действует как естественный термостат Земли, регулируя ее температуру в течение длительных периодов времени.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Nature, исследователи изучили образцы горных пород за последние три миллиарда лет и нашли доказательства резкого изменения того, как функционировал этот цикл около 400 миллионов лет назад, когда растения начали колонизировать землю.
В частности, исследователи отметили изменение химического состава морской воды, зафиксированное в породе, что указывает на серьезный сдвиг в глобальном образовании глины - «фабрики глинистых минералов» - от океанов к суше.
Поскольку глина, образующаяся в океане (обратное выветривание), приводит к выбросу углекислого газа в атмосферу, в то время как глина на суше является побочным продуктом химического выветривания, которое удаляет углекислый газ из воздуха, это уменьшило количество углерода в атмосфере, что привело к более прохладной планете и колеблющемуся климату с чередованием ледниковых периодов и более теплых периодов.
Исследователи предположили, что переключение было вызвано распространением наземных растений, удерживающих почвы и глины на суше, предотвращая вымывание углерода в океан, а также ростом морской жизни, использующей кремний для своих скелетов и клеточных стенок, таких как губки, одноклеточные водоросли и радиолярии (группа простейших), приводящие к снижению содержания кремния в морской воде, необходимого для образования глины.
Отбор проб отложений Ордовикского периода (возраст 450 миллионов лет) первым автором исследования. Фото: Ashleigh Hood
Старший автор, доктор Филип Погге фон Страндманн из Университетского колледжа Лондона сказал: «Наше исследование показывает, что углеродный цикл на протяжении большей части истории Земли действовал принципиально иначе, чем в наши дни.
«Сдвиг, который произошел постепенно между 400 и 500 миллионами лет назад, кажется, связан с двумя основными биологическими инновациями того времени: распространением растений на суше и ростом морских организмов, которые извлекают кремний из воды для создания своих скелетов и клеточных стенок».
«До этого изменения содержание углекислого газа в атмосфере оставалось высоким, что приводило к стабильному тепличному климату. С тех пор наш климат колеблется между ледниковыми периодами и более теплыми периодами. Подобные изменения способствуют эволюции, и в этот период эволюция сложной жизни ускорилась, и впервые появились наземные животные».
«Атмосфера с меньшим содержанием углерода также более чувствительна к изменениям, что позволяет людям легче влиять на климат за счет сжигания ископаемого топлива».
Первый автор, Бориана Кальдерон-Асаэль, аспирант Йельского университета, сказала: «Измеряя изотопы лития в породах, охватывающих большую часть истории Земли, мы стремились выяснить, изменилось ли что-нибудь в функционировании углеродного цикла в большом временном масштабе. Мы обнаружили, что это так и было, и это изменение, по-видимому, связано с ростом растительной жизни на суше и животных, использующих кремний, в море».
В ходе исследования исследователи измерили изотопы лития в 600 образцах горных пород, взятых из разных мест по всему миру. Литий имеет два природных стабильных изотопа - один с тремя протонами и тремя нейтронами, а другой - с тремя протонами и четырьмя нейтронами.
Когда глина медленно образуется на суше, она сильно отдает предпочтение литию-6, оставляя окружающую воду, обогащенную другим, более тяжелым изотопом, литием-7. Анализируя свои образцы с помощью масс-спектрометрии, исследователи обнаружили повышение уровня изотопа лития-7 в морской воде, зафиксированное в горных породах между 400 и 500 миллионами лет назад, что свидетельствует о значительном сдвиге в производстве глины на Земле, совпадающем с распространением растений на суше и появлением морских обитателей, использующих кремний.
Глина образуется на суше в результате химического выветривания, основного долгосрочного процесса, через который углекислый газ удаляется из атмосферы. Это происходит, когда атмосферный углерод соединяется с водой с образованием слабой кислоты, угольной кислоты, которая падает на землю в виде дождя и растворяет горные породы, высвобождая ионы, включая ионы кальция, которые текут в океан. В конце концов, углерод скапливается в породах на дне океана. Напротив, сокращение углерода в результате фотосинтеза растений сводится на нет, когда растения разлагаются, и редко влияет на уровни углекислого газа в временных масштабах, превышающих несколько сотен лет.
Когда в океане образуется глина, углерод остается в воде и в конечном итоге выбрасывается в воздух в рамках непрерывного обмена углеродом, который происходит, когда воздух встречается с водой.
Источник: SciTechDaily
