История углекислого газа за 300 миллионов лет

Алексей Иванов, докт. геол.-мин. наук, зам. директора по науке Института земной коры СО РАН, сделал короткий обзор новостей науки о вариациях CO₂ за последние 300 млн лет и возможных экологических последствиях современного роста концентраций этого газа.

Измерения концентрации углекислого газа (CO₂) в атмосфере Земли, проводимые погодной обсерваторией на вулкане Мауна-Лоа на Гавайях, показывают устойчивый рост значений от 315 млн^-1 в 1958 году до пока рекордных 418 млн^-1 в июне этого года [1]. К 2100 году ожидается, что концентрация CO₂ в атмосфере достигнет ~1000 млн^-1 (0,1%).

Чтобы понять, малы или велики эти изменения, необходимо знать уровень CO₂ в геологическом прошлом. Для этого используется так называемый устьичный индекс, представляющий собой соотношение числа устьиц и эпидермальных клеток растений. Число устьиц снижается по мере роста концентрации углекислоты в воздухе.

В статье «Deep time perspective on rising atmospheric CO₂» [2] проведена ревизия устьичного индекса для гинкговых (реликтовых растений, часто называемых живыми ископаемыми). Авторы использовали гербарии с 1754 по 2009 годы и сравнили эти исторические данные с экспериментами, проведенными в теплицах при различных уровнях CO₂. Используя новую калибровку, австралийский палеонтолог, геолог Грегори Реталлак (Gregory Retallack) и преподаватель факультета геологических наук Орегонского университета (США) Жизель Конде (Giselle Conde) оценили вариации концентраций CO₂ в атмосфере за последние 300 млн лет (см. рисунок).

Из их анализа видно, что периодически в истории Земли происходили события, приводившие к резкому рос­ту CO₂ в атмосфере. В последний раз концентрация углекислого газа достигала современного уровня примерно 16 млн лет назад в среднем миоцене, — возможно, из-за объемных извержений вулканов в провинции реки Колумбия на западе США [3]. С этим повышением уровня углекислоты связывается резкое потепление климата, приведшее, в частности, к существенной миграции эктотермных (получающих тепло из окружающей среды) позвоночных [4], смене одних видов травоядных другими [5] и т. п.

Итак, ученые прогнозируют 1000 млн^-1 (0,1%) к 2100 году, в то время как рост концентрации CO₂ до более 1500 млн^-1 может стать критическим для биосферы уже в масштабах всей Земли. При таком уровне происходят массовые (более половины видов) вымирания животных.

1. esrl.noaa.gov/gmd/ccgg/trends/graph.html
2. Retallack G. J., Conde G. D. Deep time perspective on rising atmospheric CO2// Global and Planetary Change. 2020. V. 1889. Art. id. 103177.
3. Kasbohm J., Schoene B. Rapid eruption of the Columbia River flood basalt and correlation with the mid-Miocene climate optimum // Science Advances. 2018. V. 4. eaat8223.
4. Böhme M. The Miocene climatic optimum: evidence from ectothermic vertebrates of Central Europe // Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 2003. V. 195. P. 389–401.
5. Blois J. L., Handly E. A. Mammalian response to Cenozoic climate change // Annual Reviews of Earth and Planetary Sciences. 2009. V. 37. P. 181–208.