Дуг МакДугалл – Зачем нужна геология (страница 43)
Поскольку увеличение объемов диоксида углерода в атмосфере, вызванное человеческой деятельностью, идет так быстро, и его прекращение будет таким же резким (когда у нас закончится ископаемое топливо, или, хотелось бы надеяться, когда начнут преобладать источники энергии, не связанные с ископаемым топливом), то продолжительность отрезка высоких температур будет короче, чем при ПЭТМ. Климатические модели показывают, что большая часть антропогенной двуокиси углерода поглотится океаном, и что после прохождения пика выбросов концентрация углекислого газа в атмосфере и температура быстро (в геологических масштабах) снизятся. Однако из-за сложностей углеродного цикла уровень двуокиси углерода, вероятно, надолго (на многие десятки тысяч лет) стабилизируется на уровне выше сегодняшнего, и температуры тоже останутся выше, чем сейчас.
Эти выводы основаны исключительно на рассмотрении свойств диоксида углерода и углеродного цикла. Они не учитывают потенциальные усиливающие эффекты — например, возможность того, что повышение температуры дестабилизирует гидраты метана, которые в настоящее время заперты в арктической вечной мерзлоте или погребены в отложениях континентального шельфа. Выделение метана из этих источников (особенно если оно будет быстрым) способно усилить и продлить такое рукотворное потепление.
Современные климатические модели предсказывают, что полярные регионы будут нагреваться быстрее, чем низкие широты — в первую очередь из-за того, что будут поглощать больше тепла по мере уменьшения альбедо из-за таяния льдов. Данные о температурах за последние десятилетия показывают, что это уже происходит. Во время ПЭТМ льда в полярных областях практически не было, поэтому альбедо там сильно не менялось. Однако данные, полученные из кернов отложений в высоких широтах показывают, что температуры в этих регионах выросли и оставались высокими — они выше, чем предсказывают климатические модели, если только при моделировании не закладывались чрезмерно высокие концентрации парниковых газов. Это заставляет предположить, что действовали какие-то пока еще не изученные процессы обратной связи, и в результате увеличивается вероятность, что климат высокоширотных областей изменится еще сильнее, чем сейчас ожидается.
Информация из кернов прибрежных отложений, а также из пресноводных отложений во внутренних частях материков подтверждает, что при ПЭТМ наблюдались значительные изменения в осадках. Существуют многочисленные признаки гораздо более высокого уровня осадков в средних и высоких широтах, а в некоторых европейских регионах — и свидетельства частых сильных наводнений. Это согласуется с увеличением испарения и в целом с более влажным климатом, ожидаемым при теплых условиях, и с итоговым ускорением всего гидрологического цикла. Напротив, в западной части США климат при ПЭТМ стал суше. Это соответствует результатам большинства климатических моделей, которые имитируют последствия антропогенного глобального потепления: они предсказывают масштабные и очень сложные перемены в гидрологическом цикле, что затрудняет детальный прогноз для эффектов в отдельных регионах.
Великое потепление при ПЭТМ в каких-то отношениях находит параллели с переменами в системе Земли, которые идут сейчас; этот природный эксперимент дает ценную информацию о том, какими могут оказаться долгосрочные последствия антропогенных изменений. Из того, что обсуждалось в этого главе, ясно, что о его вероятных причинах и глобальных последствиях известно уже немало. Однако палеоклиматологи продолжают искать новые данные об этом событии, и, если ученые смогут расшифровать их, это поможет более точно предсказать будущий климат Земли — такова конечная цель тех, кто занимается исследованиями такого рода.
Глава 10
Чтение по губам
Ученые любят аббревиатуры, и чем они привлекательнее, тем лучше. Геологи — не исключение. ПЭТМ из предыдущей главы не особо вдохновляет, но в 1993 году одна группа геологов, интересующихся конкретным видом вулканизма, придумала аббревиатуру, которая, на их взгляд, хорошо описывала объекты их увлечения: LIP[51]. Они создали международную организацию для их изучения и даже объявляют «LIP месяца» на своем сайте. Однако это вовсе не губа, как может подумать кто-то, наткнувшись на их сайт. В геологии это сокращение означает
Геологические КМП образуются в периоды интенсивной вулканической активности, когда огромные объемы быстро текущей лавы появляются на поверхности и быстро распространяются по большой площади. Магматические провинции часто называют базальтовыми наводнениями, поскольку потоки лавы, которые их производят, буквально заливают ландшафт. Отдельные потоки базальта в некоторых из этих провинций можно проследить на расстоянии в 300 километров и больше; потоки могут накапливаться, достигая толщины в несколько километров, а самая большая из провинций простирается на миллионы квадратных километров. Вулканизм, который создает КМП, обычно продолжается в течение короткого по геологическим меркам периода времени: у большинства детально изученных провинций основная часть лавы изверглась за несколько сотен тысяч, максимум за миллион лет.
Ученые пришли к выводу, что КМП образуются (подобно острову Гавайи и цепочке остальных Гавайских островов), когда плюмы (потоки горячего материала мантии) поднимаются из глубины, плавятся и прорываются через вышележащую кору. На рисунках такие плюмы часто изображают в виде вертикальных головастиков, большая голова которых упирается в литосферу, а длинный узкий хвост уходит в мантию. КМП отмечают начальные объемные извержения из головы плюма, однако хвост может питать вулканы в течение многих десятков миллионов лет, хотя и с гораздо меньшей интенсивностью. Одна хорошо известная КМП — плато Декан в центральной Индии, массив базальтовых покровов в несколько километров толщиной. Он довольно скоротечно сформировался около 65 миллионов лет назад, когда Индийский континент двигался на север над головой плюма. Считается, что вулканически активный остров Реюньон в южной части Индийского океана находится на хвосте того самого плюма.
КМП встречаются и на континентах, и на дне океанов. В отличие от большинства других видов вулканизма, у них нет особой привязки к границам плит, поскольку порождающие их плюмы формируются на больших глубинах — гораздо ниже основания плит. Лучше всего изучены КМП, находящиеся на суше: к ним относятся плато Декан, Сибирские траппы[52] в России, Колумбийское плато в северо-западной части США и ряд других. Траппы Сибири изливались примерно 250 миллионов лет назад, и это старейшая из хорошо сохранившихся КМП. Поверхностные потоки в большинстве более древних провинций сильно разрушены или даже выветрились полностью; однако о том, что они некогда были, можно судить по проходящим сквозь кору многочисленным вулканическим каналам, которые в момент извержений были глубоко, однако с тех пор появились на поверхности из-за поднятий и эрозии.
Хотя аббревиатура появилась недавно, сами КМП были известны на материках с тех пор, когда ученые стали серьезно изучать формации горных пород. А вот многочисленные подводные КМП обнаружились только при активном изучении океанского дна. Крупнейшей из них является океаническое плато Онтонг-Ява в западной части Тихого океана, образовавшееся в результате крупного излияния лавы около 125 миллионов лет назад, которое увеличило толщину океанической коры в этом месте во много раз. Другая океаническая КМП находится в Карибском море. Здесь основной всплеск вулканизма происходил во второй половине мелового периода, примерно 93–94 миллиона лет назад. Возможно, плюм, создавший Карибское плато, все еще активен: правдоподобные реконструкции движения литосферных плит за последние 100 миллионов лет позволяют предположить, что сейчас над местом этого плюма располагаются вулканы Галапагосских островов.
Если бы можно было вернуться в прошлое и увидеть планету во время создания Карибского плато, мы обнаружили бы теплый климат от полюса до полюса. Содержание углекислого газа в воздухе было гораздо выше современного, поэтому проявлялся сильный парниковый эффект. Севернее полярного круга росли пальмы, в Гренландии не было ледников, а в Антарктиде — массивной ледяной шапки. Такими же непривычными оказались бы для нас и очертания материков; поскольку льды связывали мало воды, то уровень океана был высок: значительные части Европы и юго-западной России находились под водой, а широкое мелководье тянулось от Мексиканского залива до Арктики, деля Северную Америку на две части (рисунок 27). Странным могло показаться и расположение континентов. Австралия и Антарктида составляли единый материк, а Индия, уже отправившаяся на север в сторону Азии, была островом у восточного побережья Африки рядом с Мадагаскаром. Атлантический океан находился на стадии формирования: Бразилию от западного побережья Африки отделяло лишь узкое море. В животном мире суши доминировали динозавры.
Высокое содержание двуокиси углерода в атмосфере мелового периода можно приписать какому-нибудь нарушению баланса в углеродном цикле: вулканическое поступление диоксида углерода перевешивало его связывание в результате выветривания и других процессов. Атлантический океан расширялся, огромный южный материк Гондвана делился на части, спрединг морского дна шел быстро, и при этом изливались большие объемы базальтов, принося с собой двуокись углерода из мантии Земли.