Исследователи Принстонского университета собрали данные за 30 лет, чтобы построить первую запись концентрации кислорода в атмосфере на основе ледяных кернов за последние 800 000 лет, согласно статье в журнале Science.
Запись показывает, что содержание кислорода в атмосфере снизилось на 0,7 процента по сравнению с текущими концентрациями кислорода в атмосфере, что является разумным темпом по геологическим стандартам, говорят исследователи. Однако за последние 100 лет содержание кислорода в атмосфере уменьшилось сравнительно быстро на 0.1 процент из-за сжигания ископаемого топлива, которое потребляет кислород и производит углекислый газ.
Любопытно, что снижение содержания кислорода в атмосфере за последние 800 000 лет не сопровождалось каким-либо значительным увеличением среднего количества углекислого газа в атмосфере, хотя концентрации углекислого газа меняются в зависимости от отдельных циклов ледникового периода. Чтобы объяснить этот очевидный парадокс, исследователи обратились к теории о том, как глобальный углеродный цикл, атмосферный углекислый газ и температура Земли связаны в геологических временных масштабах.
«На планете происходят различные процессы, которые могут контролировать уровень углекислого газа», - сказал первый автор Дэниел Столпер, научный сотрудник Принстонского департамента наук о Земле. Исследователи обсуждают процесс, известный как «силикатное выветривание», в частности, при котором углекислый газ вступает в реакцию с обнаженной породой, в конечном итоге образуя минералы карбоната кальция, которые улавливают углекислый газ в твердой форме. Предполагается, что по мере повышения температуры из-за увеличения содержания углекислого газа в атмосфере скорость выветривания силикатов будет увеличиваться и быстрее удалять углекислый газ из атмосферы.
Столпер и его соавторы предполагают, что дополнительный выброс углекислого газа из-за снижения концентрации кислорода в атмосфере стимулировал выветривание силикатов, которое стабилизировало углекислый газ, но позволило кислороду продолжать уменьшаться.
«Кислородные данные говорят нам об изменении количества углекислого газа [который образовался при удалении кислорода], поступающего в атмосферу и океан», - сказал соавтор Джон Хиггинс, доцент Принстонского университета геолого-геофизических наук.. «Однако уровни углекислого газа в атмосфере не меняются, потому что у Земли было время отреагировать увеличением скорости выветривания силикатов.
Земля может позаботиться о дополнительном углекислом газе, когда у нее есть сотни тысяч или миллионы лет, чтобы собраться с силами. Напротив, сегодня человечество выделяет углекислый газ так быстро, что силикатное выветривание не может отреагировать достаточно быстро, - продолжил Хиггинс. - На Земле происходят длительные процессы, которые человечество сократило».
Исследователи построили свою историю атмосферного кислорода, используя измеренные отношения кислорода к азоту, обнаруженные в воздухе, захваченном антарктическим льдом. Этот метод был разработан соавтором Майклом Бендером, почетным профессором Принстонских наук о Земле.
Поскольку кислород имеет решающее значение для многих форм жизни и геохимических процессов, за прошедшие годы были разработаны многочисленные модели и косвенные показатели содержания кислорода в атмосфере, но не было единого мнения о том, растет или падает концентрация кислорода. или плоский в течение последнего миллиона лет (и до сжигания ископаемого топлива). Команда из Принстона проанализировала данные ледяных кернов, чтобы составить единый отчет о том, как изменился атмосферный кислород за последние 800 000 лет.
«Эта запись представляет собой важный ориентир для изучения истории атмосферного кислорода», - сказал Хиггинс. «Понимание истории кислорода в атмосфере Земли тесно связано с пониманием эволюции сложной жизни. Это один из тех больших, фундаментальных текущих вопросов в науке о Земле».