Земные ученые могут путешествовать далеко назад во времени, реконструировать геологическое прошлое и палеоклимат, чтобы делать более точные прогнозы будущих климатических условий. Ученым из Нидерландского института морских исследований (NIOZ) и Утрехтского университета удалось разработать новый индикатор (прокси) древних уровней CO2 с использованием органической молекулы фитана, продукта обломков хлорофилл. Этот новый органический прокси-сервер не только обеспечивает самый непрерывный учет концентраций CO2, он также бьет рекорд в своем промежутке времени, охватывающем полмиллиарда лет. Данные показывают нынешнее представление о том, что повышение уровня CO2, которое раньше занимало миллионы лет, теперь происходит за столетие. Эти результаты опубликованы в журнале Science Advances 28 ноября.
Поскольку CO2 сегодня увеличивается, очень важно понимать, какое влияние окажут эти изменения. Чтобы лучше предсказывать будущее, мы должны понимать долгосрочные изменения CO2 на протяжении геологической истории. Доступны прямые измерения прошлых CO2, т.е. пузырьки в кернах льда, содержащие древние газы. Однако ледяные ядра имеют ограниченный период времени в один миллион лет. Чтобы вернуться в прошлое, ученые Земли разработали различные косвенные измерения CO2от прокси, например. из водорослей, листьев, древних почв и химических веществ, хранящихся в древних отложениях, для восстановления прошлых условий окружающей среды.
Phytane, новый способ путешествовать во времени
Новый прокси, использующий продукт разложения хлорофилла, позволяет геохимикам вывести непрерывную запись исторических уровней CO2 в глубокое время. Ученые из NIOZ недавно разработали фитан в качестве многообещающего нового органического заменителя, который раскрывает уровни CO22 в океанах за полмиллиарда лет от кембрия до недавнего времени..
Используя новый прокси-сервер, они смогли сделать самые непрерывные записи уровней содержания углекислого газа в древности. «Мы разработали и утвердили новый способ путешествия во времени - отправиться дальше во времени и в большее количество мест», - говорит ученый из NIOZ Кейтлин Витковски. «Благодаря фитану у нас теперь есть самая длинная запись CO2 с одним единственным морским прокси. Эти новые данные бесценны для разработчиков моделей, которые теперь могут более точно делать прогнозы на будущее».
Витковски и его коллеги отобрали более 300 образцов морских отложений из глубоководных кернов и нефти со всего мира, отражающих большинство геологических периодов за последние 500 миллионов лет.
Ископаемые молекулы
Прошлые химические реакции могут быть «хранены» в ископаемых молекулах, и поэтому они могут отражать различные древние условия окружающей среды. Геохимики могут «считывать» эти условия, такие как температура морской воды, pH, соленость и уровни CO2. Органические вещества, такие как фитан, отражают давление CO2 в океанской воде или атмосфере (pCO2)..
Маленькие зеленые чудеса
Хотя все органические вещества могут отражать CO2, фитан - особенный. Фитан - это пигмент, отвечающий за наш зеленый мир. Все, что использует фотосинтез для поглощения солнечного света, включая растения, водоросли и некоторые виды бактерий, имеет хлорофилл, из которого происходит фитан. Растения и водоросли поглощают CO2 и производят кислород. Без этих маленьких зеленых чудес наш мир не был бы прежним.
Поскольку хлорофилл встречается по всему миру, фитан также присутствует повсюду и является основным компонентом разложившейся и окаменевшей биомассы. «Фитан не меняется химически с течением времени, даже если ему миллионы лет», - говорит Витковски.
Фракционирование изотопов углерода
CO2 прошлого оценивается по органическим веществам, таким как фитан, посредством явления фракционирования изотопов углерода в процессе фотосинтеза. При поглощении CO2 растения и водоросли предпочитают легкий изотоп углерода (12C) тяжелому изотопу углерода (13C). Они используют тяжелый изотоп углерода только тогда, когда уровни CO2 в окружающей воде или атмосфере низкие. Таким образом, соотношение между этими двумя изотопами отражает уровень углекислого газа в окружающей среде в момент роста..
Это также объясняет, почему Витковски не использовала наземные растения в качестве источника для своих исследований, используя исключительно фитан из (окаменелых) морских источников. Растительный мир делится на так называемые С3- и С4-растения, каждое из которых имеет свое уникальное соотношение легкого и тяжелого углерода. Все фитопланктоны имеют очень похожие соотношения по сравнению с их растительными аналогами. Витковски: «Выбирая только морские источники, мы могли ограничить неопределенность источника фитана в наборе данных."
В наших данных мы видим высокие уровни углекислого газа, достигающие 1000 частей на миллион, в отличие от сегодняшних 410 частей на миллион. В этом отношении современные уровни не уникальны, но скорость этих изменений никогда раньше не наблюдалась.. Изменения, которые обычно занимают миллионы лет, теперь происходят за столетие. Эти дополнительные данные CO2 могут помочь нам понять будущее нашей планеты». В будущих исследованиях фитан можно будет использовать для того, чтобы отправиться еще дальше во времени, чем фанерозой, самый ранний из обнаруженных в образцах возрастом два миллиарда лет.