Взлеты и падения углекислого газа в хронологии нашей планеты.
Сегодня углекислого газа в атмосфере нашей планеты всего 0,04%, из средств массовой информации мы знаем, что деятельность людей приводит к его увеличению, что негативно сказывает на окружающей среде. Но в масштабе эволюции мы очень молодой вид, а ведь планета знала куда большие взлеты и падения уровня СО2 задолго до появления одного из самых неблагодарных её детей - человека.
Круговорот элементов в природе, фундаментальное явление, которое поддерживает жизнь и обеспечивает смены поколений. Фактически все межвидовые отношения сводятся к перераспределению жизненно важных элементов, основным из которых является углерод.
В атмосфере углерод существует в виде углекислого газа. В процессе фотосинтеза растения поглощают углекислый газ и «фиксируют» его в виде сахаров и других строительных материалов, из которых состоит их тело. Далее растения поедаются растительноядными животными, которые перерабатывают тот же самый углерод и используют его для получения энергии и строят из него свои тела. Те вещества (в основном углеводороды), которые используются для получения энергии, расщепляются и в результате получается вода и углекислый газ, который благополучно возвращается в атмосферу во время дыхания. А вот углерод, который идет на строительство продолжает свое путешествие дальше. Растительноядные животные служат пищей для хищников, которые в свою очередь используют поступивший углерод точно так же, как и растительноядные: часть возвращают в атмосферу как углекислый газ, и часть используют для роста. Тот углерод, который «зафиксирован» в телах, т.е. служил строительным материалом, после смерти растений и животных служит пищей для многочисленных бактерий, которые утилизируют мертвую ткань и в результате дыхания выделяют углерод в качестве углекислого газа в атмосферу. Цикл замыкается.
Но так было не всегда, на разных этапах эволюции каких-то участков этого цикла могло не хватать, тогда углекислого газа становилось больше или меньше. На самом деле на уровень СО2 влияют не только живые организмы, значительный вклад сюда вносят вулканы, океаны и даже такие процессы как выветривание. Давайте рассмотрим взаимодействие этих факторов на примере развития жизни на нашей планете.
Когда наша планета только зародилась примерно 4,7 млрд. лет назад, как предполагают ученые, атмосфера состояла только из легкий газов: водорода и гелия. Но, благодаря вулканической активности, вместе с пеплом на поверхность земли выбрасывались и тяжелый газы, в том числе и углекислый газ. Более 3-х млрд. лет назад на планете зародилась жизнь, но ее распространение было невелико, поэтому вулканы оказывали на СО2 куда большее влияние. Все сильно изменилось во время Кембрийского взрыва эволюции, когда жизнь на планете стала набирать обороты, многоклеточные формы активно увеличивали свое разнообразие, захватывая все новые и новые ниши. В начале кембрия уровень углекислого газа составлял 0,6% (намного больше, чем сегодня), но из-за расцвета жизни, которой нужен был углерод для строительства тел, уровень продолжал неуклонно падать. В Девоне и Карбоне, когда растительность уже цвела бурным цветом (в переносном смысле, так как цветковых растений еще не было), а животный мир был еще не достаточно развит, чтобы активно утилизировать скопленный в огромных стволах углерод, растения умирая, оставались в почве, постепенно превращаясь в залежи каменного угля. Животные того времени, тоже не полностью поедались вездесущими бактериями и также постепенно превращались в нефть.
Месторождения нефти и угля - это останки живых существ, населявших нашу планету миллионы лет назад, углерод, служивший строительным материалом их тел, был исключен из круговорота элементов и зафиксировался в отложениях, пока мы не научились их использовать. Сегодня, сжигая, углеводороды мы возвращаем углекислый газ в атмосферу, неизбежно поднимая его уровень. Вот только наша эволюция шла при меньшем уровне углекислого газа, поэтому такое изменение атмосферы может значительно сказаться не только на природе, но и на нас самих.
Снижение уровня углекислого газа продолжалось вплоть до Пермского периода до наступления Великого пермского вымирания. Это вымирание сильно преобразило вид нашей планеты, ведь с лица земли исчезли более 90% видов. Его причина до сих пор неизвестна, но в этот тяжелый период значительно увеличилась вулканическая активность, которая вероятно и подняла содержание углекислого газа с 0,09% до 0,17%, а вот кислород из-за сильно сниженной освещенности и гибели растений упал с 32% до порядка 16%. В прошлые геологические эры разросшаяся растительность активно поглощала атмосферный углекислый газ и являлась одной из основных причин его падения. Но, несмотря на то, что в триасовом и юрском периодах жизнь, в том числе и растительная, активно развивалась, а на рост огромных рептилий нужно было много углерода, падения углекислого газа в то время не наблюдалось. Вероятно, вместе с динозаврами развивались все звенья углеродного цикла, в том числе животные и микроорганизмы, способные разложить плоть гигантских рептилий после смерти и вернуть углекислый газ в атмосферу. Именно развитие «падальщиков» разного уровня поддерживало уровень углекислого газа на высоком уровне.
В начале Палеогена, приблизительно 60 млн. лет назад, уровень углекислого газа опять начал снижаться. Точные причины снижения до сих пор неизвестны, но скорее всего они были геологическими. Есть предположение, что активное выветривание горных пород, при котором скрытые минеральные соединения становятся доступны атмосферным газам. Происходящие на поверхности реакции фиксируют СО2 в виде карбонатов. Образовавшиеся ледяные шапки около 34 млн. лет назад также ускорили процесс падения уровня углекислого газа. В воде запасы углерода приблизительно в 100 раз больше, чем в атмосфере, там углерод преимущественно находится в виде карбонатов и также участвует в круговороте углерода, так как используется живыми организмами. Когда образуются ледники, вместе с запасами воды там фиксируется и углерод, выпадая из круговорота.
До начала промышленной революции уровень СО2 составлял 0,026-0,028%. За последние почти уже 2 столетия мы внесли свой вклад в атмосферу и увеличили это значение почти до 0,04%. Да, наша планета видела большие колебания и жизнь продолжала свой путь, вот только каждое такое атмосферное изменение сопровождалось вымиранием. Конечно, помимо людей есть много других факторов биологической и геологической природы, которые и без нас изменят курс рубля состав атмосферы. Но я все-таки выступаю за то, чтобы люди минимизировали свое воздействие на окружающую среду.