ПЕСОК. БЕСКОНЕЧНАЯ ИСТОРИЯ (51)

MICHAEL WELLAND «SAND. THE NEVER-ENDING STORY»; UNIVERSITY OF CALIFORNIA PRESS - Berkeley - Los Angeles, 2010. Пер. с англ. В.Исаев.

ГЛАВА 10 ВОВНЕ И ДАЛЬШЕ /продолжение/

НАЗАД В БУДУЩЕЕ

Кажется вполне вероятным, что Венера, а возможно, и Марс, в далеком прошлом имели какую-то форму тектоники плит, что у обеих планет в начале существования были атмосферы, отличающиеся от современных, и что произошло нечто катастрофическое, что вызвало эти изменения: активность коры на обеих планетах практически прекратилась, а их атмосфера либо была

в значительной степени утрачена (Марс), либо превратилась в токсичный, усиливающийся парниковый эффект (Венера). Мы также не можем не заметить, что наша собственная планета, кажется, удачно расположена в так называемой «зоне Златовласки» для всего разнообразия жизни на протяжении всей истории планеты, ее положение было «идеальным». Избежав своего раннего ада, щедро одаренная водой и сложными органическими молекулами благодаря кометам и метеоритам, избавившись от значительной части более легких каменистых материалов благодаря образованию Луны, Земля развила свои динамичные тектонические и биологические системы в месте, которое имело идеальное соотношение со своей звездой.

Единственный кадр эпического фильма, который мы сегодня рассматриваем, также «идеально подходит» для Homo sapiens — и это одна из причин, почему наш вид эволюционировал именно так. Сегодняшняя среда нетипична — были огромные периоды в истории Земли, которые были бы невыносимы для человека, и будет будущее, столь же невыносимое. В настоящее время мы вполне оправданно одержимы одним конкретным набором краткосрочных обратных связей, которые, как мы увидим, оказали огромное влияние в прошлом и еще более глубоко повлияют на будущее Земли в долгосрочной перспективе. Эти обратные связи, конечно же, существуют между атмосферой и температурой поверхности и, в частности, касаются роли углекислого газа как регулятора температуры посредством «парникового эффекта». Удивительный факт заключается в том, что общее количество углекислого газа в системе Венеры

примерно такое же, как и в системе Земли — планеты имели схожее происхождение. Но Венера пережила кошмар «неконтролируемого парникового эффекта», в то время как мы пока нет. Почему такое существенное различие? Ответ заключается в том, что практически весь углекислый газ Венеры остался в её атмосфере, тогда как на Земле большая его часть заключена в «контейнерах» благодаря тектонике плит, земной системе и обратным связям. В почве содержится вдвое больше углерода, чем в атмосфере; в океанах — в 50 раз больше. Земная кора на протяжении своей истории хранит в 100 000 раз больше углерода, чем в современной атмосфере.

В (геологически) краткосрочной перспективе пески будут реагировать на потепление атмосферы предсказуемым образом. Физические процессы, происходящие с песком, останутся неизменными, но темп этих процессов и их местоположение изменятся. Повышение уровня моря (как мы видели в конце последнего ледникового периода) приведет к перемещению барьерных островов и береговых линий, реки изменят свой профиль, а баланс между переносом и отложением песка изменится как на местном, так и на глобальном уровне. Мигрирующие и исчезающие пляжи станут еще более непостоянными с точки зрения поддержки туристической экономики. Повышение температуры изменит уровень биологической активности в океанах и, следовательно, повлияет на образование биогенных песков. Увеличение количества осадков в некоторых частях мира повысит темпы эрозии и осадочную нагрузку рек, а также доставку песка в изменяющиеся прибрежные зоны, чьи осадочные балансы будут пересмотрены. В других частях мира распространится засуха, и реликтовые эрги будут активированы, увеличивая перенос песка ветром. Это, кстати, может вызвать свою собственную обратную связь: если потепление увеличивает активность ураганов в Атлантике, то более высокие уровни переносимого ветром песка и пыли в атмосфере, в свою очередь, могут снизить силу этих ураганов — окончательного ответа на оба вопроса пока нет, потому что мы еще не до конца понимаем эту систему.

Но по мере глобального потепления другие ключевые обратные связи будут продолжаться на заднем плане, как и всегда, хотя и в более длительных временных масштабах, чем те, которые нас сейчас так волнуют. Одна из обратных связей глобального значения — это ВЫВЕТРИВАНИЕ. Как мы видели в первой главе, большая часть песка образуется в результате распада и разрушения горных пород, подверженных воздействию атмосферы. Химия этого процесса жизненно важна и уникальна для нашей планеты. Доминирующими минеральными компонентами этих разрушающихся пород являются СИЛИКАТЫ, обычно представляющие собой комбинации кальция, натрия и калия с кремнием и кислородом; образуясь при высоких температурах и давлениях внутри (и под) земной корой, они нестабильны на поверхности. Углекислый газ в дождевой воде, выпадающей на них, и влага окружающей атмосферы имеют кислую реакцию, воздействуя на эти уязвимые минералы. Когда углекислый газ соединяется с кальцием, образуя карбонат кальция — известняк, — кремнезем высвобождается, растворяясь или образуя глинистые минералы. Реки переносят карбонат кальция (или в некоторых случаях калия или натрия) в океаны в виде растворенных веществ. А на мелководье мировых океанов жизнь жадно использует эти растворенные минералы для строительства раковин. Углекислый газ фактически удален из атмосферы — потенциально на очень длительные периоды времени, поскольку раковины опускаются на морское дно и накапливаются, образуя огромные толщи известняка. Постоянно погребенные под землей, эти известняки будут оставаться там до тех пор, пока не будут извлечены или субдуцированы силами тектоники плит.

Этот процесс, углеродно-силикатный цикл, является важнейшим механизмом отрицательной обратной связи и регулятором. Чем теплее поверхность Земли, тем быстрее протекают химические реакции выветривания и тем больше углекислого газа поглощается из атмосферы — парниковый эффект ослабевает, и планета охлаждается. Более холодные условия приводят к менее интенсивному выветриванию и меньшему поглощению углекислого газа — и всё снова начинает теплеть. И дело не только в температуре; общая площадь горных пород, подверженных выветриванию, также имеет решающее значение. Когда около 50 млн. лет назад тектоника плит медленно, но драматически привела Индию к столкновению с Азией, из сомкнутых челюстей Гималаев поднялись величественные Гималаи. Это монументальное увеличение количества свежих горных пород, подверженных выветриванию, снизило уровень углекислого газа в атмосфере до такой степени, что последовавшее за этим похолодание стало предвестником ледниковых периодов. Нынешний уровень углекислого газа в нашей атмосфере, возможно, в 10 раз ниже, чем был, когда вымерли динозавры.

Температура влияет на уровень углекислого газа, который, в свою очередь, влияет на температуру — сложный, но элегантный пример механизмов, управляющих земной системой. Однако, к сожалению, всё не так просто. Мы упустили из виду несколько дополнительных факторов и обратных связей — одну отрицательную, одну положительную. Первый — это жизнь во всех масштабах: даже простые бактерии, живущие на песчинках пустыни, оказывают значительное влияние на химию атмосферы. Крайне важно, что историческая стабильность уровня углекислого газа в атмосфере во многом обязана появлению и деятельности растений, которые поглощают этот газ в процессе фотосинтеза и выделяют кислород в атмосферу. И растения не только напрямую поглощают углекислый газ, но и их химическая активность изменяет почву и увеличивает скорость выветривания, ещё больше снижая его уровень в атмосфере. Примерно 300 млн. лет назад Земля стала плодородным местом для растений — развились огромные глобальные леса, которые стали сырьем для глобальных угольных пластов, в честь которых и был назван каменноугольный период истории Земли. Но эти леса привели к резкому падению уровня углекислого газа в атмосфере, способствуя погружению мира в крупный ледниковый период. Увеличение ледового покрова отражало больше солнечной энергии, что является еще одной положительной обратной связью для холодных условий. Позволило ли резкое снижение скорости выветривания постепенно восстановить уровень углекислого газа и в конечном итоге положить конец ледниковому периоду? Привел ли этот парниковый эффект к последующим пустынным условиям пермского и триасового периодов, сыграв роль в великом пермском вымирании? Слишком много механизмов обратной связи, слишком много возможных «неопровержимых доказательств», чтобы сделать окончательные выводы на основе анализа.

Другой фактор, который мы упустили из виду, — это температура океанов. Как мы уже видели, карбонат кальция, как ни странно, лучше растворяется в холодной воде, чем в теплой: теплые воды обладают меньшей способностью накапливать углекислый газ, чем холодные. Таким образом, по мере повышения температуры, усиления выветривания и поступления карбоната кальция в океаны, нагревающиеся океанские воды вынуждены отдавать углекислый газ,

возвращая его в атмосферу. Это положительная обратная связь, усиливающая эффективность парникового эффекта. Циклы, обратные связи, причины и следствия, сдержки и противовесы, бюджеты — сложная система.

И эта система становится тем сложнее, чем внимательнее мы ее изучаем. Ледниковый период, завершивший каменноугольный период, вероятно, был ускорен еще одним фактором – расположением континентов. Или, точнее, одного континента, поскольку это было одно из тех времен (такая последовательность событий повторялась неоднократно), когда все земные массивы собрались вместе, дрейфуя и сливаясь в мегаконтинент Пангею. Тесное взаимодействие между сушей, океанической и атмосферной циркуляцией было кардинально изменено; океанические течения изменили направление, а объемы теплого и холодного воздуха переместились. Кроме того, Пангея располагалась близко к Южному полюсу, образуя идеальную платформу для накопления толстых слоев льда. Изменения в процессах выветривания, вызванные наличием единого материка, привели к изменениям в химическом составе океанов. Тектоника плит, в меньшей степени за счет вулканической активности, возвращающей газы в атмосферу и выбрасывающей отражающую излучение пыль и дым, и в большей степени за счет перемещения континентов, оказывает фундаментальное влияние на климат. И тектоника плит, пока она продолжает функционировать, будет продолжать формировать эволюцию нашей планеты.

***

(продолжение следует)