Геохимический анализ предсказал возможность массового вымирания морских животных в 2100 году

Ученый из Массачусетского технологического института рассмотрел основные возмущения изотопного состава углерода на Земле, которые произошли за последние 542 миллиона лет, и пришел к выводу, что к 2100 году уровень неорганических форм углерода в океане может достигнуть критического значения. В пяти предыдущих случаях подобные изменения в геохимическом цикле приводили к массовым вымираниям обитателей Мирового океана. Результаты исследования опубликованы в Science Advances.

В течение фанерозоя, то есть за последние 542 миллиона лет, на Земле произошло пять крупных вымираний. Они привели к исчезновению более чем трех четвертей видов морских животных. При этом каждое из вымираний сопровождалось сильным изменением в геохимическом цикле углерода, что отражалось и на изотопном составе углерода.

В своем исследовании американский геофизик Дэниэл Ротман рассмотрел более 30 наиболее значительных изменений в изотопном составе углерода в течение фанерозоя и определил, в каких случаях это приводило к массовым вымираниям. Углеродный цикл основан на сосуществовании двух основных форм углерода — органической и неорганической. Переход его из одной формы в другую происходит за счет фотосинтеза и дыхания. Входит в геохимический цикл углерод в неорганической форме с определенным изотопным составом. В процессе фотосинтеза из атмосферы растения поглощают более легкий изотоп углерода, уменьшая его содержание в минералах. При этом выйти из цикла и перейти в состав минералов углерод может как в органической форме, так и в неорганической. Оценив изменение изотопного состава за время события, можно оценить скорость перехода углерода из одной формы в другую. Для каждого из резких изменений углеродного состава на Земле ученый рассчитал скорость прироста массы неорганических форм углерода в океане и сопоставил ее с продолжительностью этого события.

Оказалось, что к массовым вымираниям привели такие изменения соотношений органической и неорганической форм углерода, которые происходили с достаточно большой скоростью. Вероятнее всего, это связано с тем, что углерод, который должен был из органической формы перейти в минеральную, остался в углеродном цикле и в виде неорганических форм попал в океан. Из-за большой скорости изменений в окружающей среде организмы не успевали подстроиться под них с помощью эволюционных процессов и вымирали. 
Из пяти массовых вымираний выбивается только одно — девонское вымирание, которое, в отличие от остальных, происходило не резко, а в течение довольно долгого времени. Сейчас ученые выдвигают гипотезы, согласно которым это было не вымирание, а скорее замедление скорости появления новых видов.

Оценив критическую скорость, которая приводила к массовым вымираниям, для долговременных событий, ученый рассчитал критическую массу неорганических форм углерода, исходя из характерного времени поддержания гомеостатического состояния океана, которое составляет около 10 тысяч лет. Оказалось, что для такого времени критическая масса достигает примерно 300 гигатонн. По оценкам ученого, с 1850 года из-за антропогенных факторов в океан уже было выброшено около 150 гигатонн неорганического углерода и до критического значения не хватает еще 150 гигатонн. Исходя из нынешнего уровня выбросов, критический уровень будет достигнут уже к 2100 году.

Ротман утверждает, что его расчеты, конечно, не означают непременного начала вымирания в 2100 году, тем более что для его оценки придется подождать не менее 10 тысяч лет, когда океан отреагирует на эти изменения в окружающей среде. Тем не менее, все геологические пласты с таким резким изменением изотопного состава углерода характерны именно для массовых вымираний. 

Стоит отметить, что изменение углеродного состава в атмосфере и гидросфере — далеко не единственная причина возможного вымирания животных. К нему могут приводить и другие изменения в климате — например, глобальное потепление уже привело к вымиранию рифовой мозаичнохвостой крысы. О наступлении новой геологической эпохи, антропоцена, характеризуемого зависимостью окружающей среды от деятельности человека, можно прочитать в нашем материале.