Земля дышала иначе: до динозавров вулканы были тихими

Вулканы принято считать древними и вечными регуляторами земного климата, но новые данные заставляют усомниться в этом представлении. Оказалось, что их ключевая роль в выбросах углекислого газа сформировалась сравнительно недавно — во времена, когда по планете еще ходили динозавры. Неожиданный ответ на климатическую загадку ученые нашли не в глубинах мантии, а в микроскопической жизни древних океанов. Об этом сообщает Nature Communications Earth and Environment.

Кто на самом деле управлял климатом древней Земли

Климат Земли на протяжении сотен миллионов лет неоднократно переходил от холодных эпох к периодам глобального потепления. Главным фактором этих изменений всегда была концентрация парниковых газов, прежде всего углекислого газа. Долгое время считалось, что вулканы играли в этом процессе ведущую роль с глубокой древности, стабильно выбрасывая CO₂ из недр планеты.

Особое внимание ученые уделяли вулканическим дугам — цепям вулканов, возникающим в зонах столкновения тектонических плит. Такие структуры хорошо известны и сегодня: они формируют Анды, Японские острова и ряд других регионов с высокой вулканической активностью. Однако новое моделирование показало, что вклад этих систем в формирование углеродного цикла долгое время был второстепенным.

Рифты против вулканов

Международная команда геологов под руководством Бена Матера из Мельбурнского университета смоделировала движение тектонических плит и связанные с этим процессы за последние 500 миллионов лет. Результаты работы указали на неожиданный вывод: большую часть истории Земли основной поток углекислого газа шел через рифты, а не через вулканические дуги.

Рифты представляют собой гигантские разломы земной коры, где плиты расходятся в разные стороны. Когда кора истончается, расплавленное вещество мантии поднимается ближе к поверхности, формируя новую кору и одновременно высвобождая углерод. Такие процессы происходят как на суше, так и на дне океанов, например вдоль срединно-океанических хребтов.

Почему все изменилось во времена динозавров

Ситуация начала кардинально меняться примерно 100-150 миллионов лет назад. К этому времени в океанах широко распространился нанопланктон — микроскопические организмы с оболочками из карбоната кальция. После гибели эти существа оседали на дно, формируя огромные карбонатные отложения, богатые углеродом.

По мере движения тектонических плит океаническая кора вместе с этими осадками погружалась в мантию в зонах субдукции. Часть углерода уходила вглубь планеты, но значительная доля возвращалась обратно через вулканические дуги. Именно в этот момент вулканы превратились в мощные "каналы", по которым древний морской углерод снова попадал в атмосферу в виде углекислого газа.

Вулканы как продукт жизни

Модели показали, что без нанопланктона вулканические дуги не могли бы стать столь значимым климатическим фактором. До появления этих организмов океаническая кора не содержала крупных углеродных резервуаров, а значит, вулканы выбрасывали сравнительно небольшие объемы CO₂. По оценкам исследователей, сегодня вулканические дуги выделяют примерно на две трети больше углекислого газа, чем 150 миллионов лет назад.

Геолог Алан Коллинз из Аделаидского университета отметил, что подобные модели помогают понять, насколько тесно переплетены геологические и биологические процессы. Изменения в составе океанических экосистем способны радикально перестраивать глобальный углеродный цикл и, как следствие, климат всей планеты.

Исследование показывает, что климатическая роль вулканов не является неизменной константой. Она формируется под влиянием жизни в океане и движения литосферных плит. То, что сегодня воспринимается как фундаментальный природный механизм, оказалось результатом сравнительно недавнего эволюционного и геологического поворота в истории Земли.