Вулканы оказались не у дел: главный поставщик углерода скрывался в океане

Влияние вулканов на климат Земли может оказаться гораздо моложе, чем предполагали ученые ранее. Новые модели показывают, что долгое время вулканизм был не главным источником углерода для атмосферы планеты. Ключевую роль в изменении этого баланса сыграли микроскопические обитатели древних океанов. Об этом сообщает журнал Nature Communications Earth and Environment (NCEE).

Климат Земли и роль углерода

На протяжении сотен миллионов лет климат нашей планеты неоднократно переходил от холодных ледниковых фаз к теплым "парниковым" эпохам. Эти изменения тесно связаны с концентрацией парниковых газов, прежде всего углекислого газа, в атмосфере.

Одним из естественных источников CO₂ принято считать вулканы, особенно вулканические дуги, возникающие в зонах столкновения тектонических плит — процессах, напрямую связанных с глобальной тектонической динамикой Земли.

Вулканические дуги — не всегда главный источник

Моделирование, выполненное геологом Беном Мазером из Мельбурнского университета, показывает, что вулканические дуги стали значимым поставщиком углерода сравнительно поздно — около 100 миллионов лет назад, ближе к концу эпохи динозавров.

До этого основная часть углерода высвобождалась иным способом. Причина связана с эволюцией океанической жизни и изменением состава морских осадков.

Планктон, изменивший углеродный цикл

Около 150 миллионов лет назад в океанах широко распространился фитопланктон, формирующий чешуйки из карбоната кальция. После гибели эти организмы оседали на дно, создавая огромные залежи углеродсодержащих пород в глубоководных районах. Со временем океаническая кора с этими осадками погружалась в мантию в процессе субдукции.

"Большая часть углерода из планктона, покидающего субдуцирующую океаническую плиту, смешивается с расплавленными недрами, но часть его выбрасывается через вулканические дуги", — говорит Бен Мазер.

До появления такого планктона материал, выходивший через вулканические дуги, содержал значительно меньше CO₂.

Рифтинг как главный путь выхода углерода

Проанализировав тектонику плит за последние 500 миллионов лет, ученые пришли к выводу, что большую часть геологической истории Земли углерод выходил в атмосферу преимущественно через рифтинг. Этот процесс связан с разрывом континентов и формированием новой коры — как на суше, например в Восточной Африке, так и вдоль срединно-океанических хребтов, где формируется структура океанского дна.

"Когда тектонические плиты расходятся, по сути, происходит "вскрытие" части расплавленного недр Земли", — говорит Мазер.

Выбросы углерода при этом оставались относительно стабильными и зависели от протяженности рифтов и скорости их расширения.

Современный баланс и климатические последствия

За последние 100 миллионов лет выбросы из вулканических дуг выросли примерно на две трети благодаря накопленному на морском дне углероду. Тем не менее сегодня Земля находится в межледниковом периоде внутри длительной эпохи похолодания, начавшейся около 34 миллионов лет назад. Существенную роль в этом играет фитопланктон, который продолжает активно связывать углерод и удерживать его в океанических осадках, компенсируя рост вулканических выбросов.

"Состав океанических отложений изменился по мере эволюции различных организмов", — отмечает геолог Алан Коллинз из Университета Аделаиды.

Эти результаты показывают, что влияние вулканизма на климат нельзя рассматривать вне контекста биологической эволюции и тектонических процессов. История углеродного цикла Земли оказалась куда сложнее и динамичнее, чем считалось ранее.