Исследователи из Сиракузского университета обращаются к геологическому прошлому, чтобы сделать прогнозы на будущее об изменении климата.
Кристофер К. Юниум, доцент кафедры наук о Земле в Колледже искусств и наук (A&S), является ведущим автором исследования, в котором используется изотопный состав азота в отложениях для понимания изменений морских условий в палеоцене. -Эоценовый тепловой максимум (ПЭТМ) - краткий период быстрого глобального потепления приблизительно 56 миллионов лет назад.
Команда Junium, в которую входит Бенджамин Т. Увегес G'17, доктор философии. кандидат в A&S и Александр Дж. Диксон, преподаватель геохимии в Royal Holloway Лондонского университета, опубликовали статью на эту тему в Nature Communications (Springer Nature, 2018).
Их исследования сосредоточены на древнем океане Тетис (место современного Средиземного моря) и служат эталоном для современных и будущих моделей климата и океана.
«Регистрация изотопов азота показывает, что бескислородные [бескислородные] условия быстро возникают в начале PETM, изменяя способ повторного использования важных питательных веществ, таких как азот», - говорит Джуниум, геохимик-осадочный и органический геохимик.. «Величина этого изотопного сдвига азота аналогична тем, которые наблюдались во время интервалов быстрого потепления в мезозойскую эру [от 252 до 66 миллионов лет назад], когда обширные области Тетиса и Атлантического океана истощались кислородом под поверхностью.
Такое истощение, известное как деоксигенация, вызвало океанические аноксические явления (ОАЭ) в Восточном Тетисе в мезозойскую эру. Ученые считают, что OAEs совпали с быстрыми изменениями в древнем климате Земли и циркуляцией океана - изменениями, отмеченными притоком углекислого газа в периоды интенсивного вулканизма..
«Хотя точная причина PETM является предметом активных дискуссий, мы уверены, что сильнодействующие парниковые газы, включая углекислый газ и метан, способствовали общему потеплению», - говорит Джуниум.
Судьба океана Тетис и окружающих его территорий во время PETM была предметом многочисленных спекуляций палеоклиматологов, особенно Диксона, который много писал об этом. Он и Юниум убеждены, что целый ряд факторов, в том числе закисление океана, интенсивные дожди и выветривание на суше, а также приток питательных веществ (например, азота, фосфора и серы) из речных стоков, заложил основу для деоксигенации. Подобно тому, что происходит сегодня.
«Прибрежные морские системы могут быть более уязвимы для условий, подобных OAE, чем считалось ранее», - говорит Джуниум. «Это особенно актуально в закрытых бассейнах, таких как Балтийское море, или вблизи крупных речных систем, включая Миссисипи, которые испытывают серьезное влияние антропогенной деятельности… Расширение бескислородных вод, особенно в летние месяцы, влияет на морские сообщества, а также те, кто использует прибрежные районы в качестве источников пищи, коммерческого рыболовства или отдыха».
Опираясь на данные древней системы реки Хеу на юге России, Джуниум и его коллеги подтвердили, что азотный цикл Восточного Тетиса претерпел «серьезную реорганизацию» во время ПЭТМ. «Нарушения азотного цикла могут иметь широкомасштабные последствия», - говорит Юниум, имея в виду процесс, при котором азот переходит из одной формы в другую, циркулируя в атмосфере, наземных и морских экосистемах.«Азот имеет решающее значение для жизни на Земле».
Исследование группы идет еще дальше. Изменения в данных по изотопам азота из Кхеу предполагают эпизоды, когда бескислородные условия ослабевают, вызывая смешивание кислорода с водной толщей.
«Переход между бескислородными и низкокислородными условиями в океане Тетис во время ПЭТМ мог создать условия, которые способствовали увеличению производства закиси азота, мощного парникового газа, производимого микробами при очень низких концентрациях кислорода», - говорит Юниум. «Изучение условий, которые способствовали образованию закиси азота [во время PETM], позволяет нам калибровать текущие и будущие модели системы Земли. Потепление - это нечто большее, чем просто увеличение концентрации углекислого газа».
Закись азота представляет собой интересный, хотя и спекулятивный поворот в исследованиях группы, потому что газ нельзя измерить непосредственно в древней породе. «Я думаю, что мы можем привести аргументы в пользу того, чтобы выяснить, способствовали ли условия во время PETM увеличению производства», - говорит Джуниум.
Диксон соглашается, добавляя, что простое предположение о том, что закись азота способствовала глобальному потеплению во время PETM, является «захватывающим».
Такие события, как PETM, являются одними из лучших геологических аналогов более теплого мира, которые у нас есть. И все же в течение многих лет удовлетворительное объяснение того, как взаимодействовали климатические факторы этих древних потепление ускользнуло от моделистов климата», - говорит Диксон. «Предположение об обратной связи закиси азота с потеплением климата добавляет новый уровень интриги в эту дискуссию и подчеркивает роль изменения азотного цикла в нашей будущей Земле».
Юниум считает, что его команда на правильном пути. Поскольку концентрация углекислого газа опасно приближается к 400 частям на миллион (уровни, которых не было в течение трех миллионов лет), они осознают, что потепление будет продолжать увеличиваться. Экологические и социальные последствия могут быть огромными.
Навигация по такой местности, по словам Юниума, требует более качественных прогнозов глобального потепления на основе моделей.
Действительно, в нашем понимании существуют пробелы между модельными мирами и ископаемыми мирами. Прошлое позволяет нам тестировать и оттачивать модели, на которых основаны прогнозы будущего. Оно также помогает нам определить, какие процессы отсутствуют в нашем текущие модели системы Земля», - говорит он. «В совокупности эти вещи помогают нам понять и подготовиться к тому, что нас ждет на горизонте.