Планета в огне и льдах: от древних катастроф до современного кризиса

От древних ледниковых эпох до массовых извержений вулканов, от падения астероидов до глобальных потеплений — наша планета пережила множество испытаний, которые формировали её ландшафты, климат и жизнь. Однако сегодня человечество сталкивается с новой угрозой, которая, в отличие от природных катаклизмов прошлого, является результатом его собственной деятельности.

Глобальное потепление, таяние ледников, экстремальные погодные явления и разрушение экосистем — всё это ставит под вопрос будущее не только природы, но и самого человека. В этой статье мы проследим путь Земли от древних катастроф до современного климатического кризиса, чтобы понять, как прошлое может помочь нам справиться с вызовами настоящего.

Крупнейшие климатические изменения, которые пережила Земля

Земля за свою 4,5-миллиардолетнюю историю пережила множество климатических изменений, которые кардинально меняли её облик, экосистемы и условия для жизни. Эти изменения происходили как из-за внутренних процессов планеты, так и под воздействием внешних факторов, таких как космические события.

Гадейский период: формирование атмосферы и океанов

На самых ранних этапах своего существования Земля была раскалённым шаром магмы. Постепенно, в результате вулканической активности, началось формирование первичной атмосферы, состоящей в основном из углекислого газа, метана, аммиака и водяного пара. Около 4 миллиардов лет назад, когда планета начала остывать, водяной пар конденсировался, образуя первые океаны. Это стало важным этапом для зарождения жизни

Хотя прямых потомков организмов Гадейского периода не существует, современные формы жизни, такие как бактерии и археи, могут быть отдалёнными "наследниками" тех первых живых существ, которые появились в конце Гадея или начале Архейского эона (следующего геологического периода), например, археи и цианобактерии.

Кислородная катастрофа (2,5–2,3 миллиарда лет назад)

Одним из самых значительных климатических событий стало появление кислорода в атмосфере. Это произошло благодаря фотосинтезирующим микроорганизмам - цианобактериям, которые начали выделять кислород. Этот процесс, известный как "кислородная катастрофа", привёл к резкому изменению состава атмосферы и вызвал массовое вымирание анаэробных организмов (эти организмы использовали для получения энергии другие химические процессы, такие как брожение или анаэробное дыхание, основанное на соединениях серы, железа или метана - метаногены и серные бактерии). В то же время кислород стал основой для развития более сложных форм жизни.

Цианобактерии образовывали колонии, которые накапливались в виде слоистых структур, известных как строматолиты. Эти древние "биологические рифы" можно найти в ископаемом виде, и они являются одними из самых ранних свидетельств жизни на Земле. Современные строматолиты всё ещё существуют, например, в некоторых солёных лагунах Австралии.

Строматолиты. Photograph taken by Paul Harrison

Снежки Земли: глобальные ледниковые эпохи

На протяжении истории Земля переживала несколько периодов, когда её поверхность почти полностью покрывалась льдом. Самые известные из них произошли около 2,4–2,1 миллиарда лет назад (Гуронское оледенение) и 720–635 миллионов лет назад (Криогений). Эти периоды называют "Снежками Земли". Причины таких глобальных оледенений включают снижение концентрации углекислого газа в атмосфере и изменения в солнечной активности. Несмотря на суровые условия, жизнь смогла выжить, вероятно, в океанах подо льдом.

К моменту Криогения (720–635 миллионов лет назад) на Земле уже существовали простейшие эукариоты — одноклеточные организмы с ядром. Некоторые из них, вероятно, были предками современных водорослей и других фотосинтезирующих организмов. Эти эукариоты могли выживать: в полыньях или подлёдных водоёмах, где был доступ к свету, в симбиозе с другими организмами, например, с бактериями, которые обеспечивали их питательными веществами.

Пермское вымирание и парниковый эффект (252 миллиона лет назад)

Пермское вымирание, также известное как "Великое вымирание", стало крупнейшим массовым вымиранием в истории Земли. Оно уничтожило около 90% морских видов и 70% наземных. Одной из причин этого события считается массовая вулканическая активность в Сибири, которая выбросила огромное количество углекислого газа в атмосферу. Это вызвало резкий парниковый эффект, повышение температуры и закисление океанов.

Среди морских обитателей в этот период вымерли трилобиты (древние членистоногие), эхиноиды (древние морские ежи), некоторые ранние морские рептилии, такие как мезозавры, и другие. На суше исчезли такие организмы, как гигантские насекомые (стрекозы), пеликозавры (рептилии), крупные амфибии, некоторые терапсиды (предки млекопитающих).

Некоторые виды смогли всё же адаптироваться к новым условиям: моллюски, ракообразные, хрящевые рыбы (акулы), листрозавры, некоторые ранние архозавры (предки динозавров, крокодилов и птиц), растения, которые размножались семенами.

Акулы — одни из самых древних существ на нашей планете. Они существуют уже около 400–450 миллионов лет, что делает их старше динозавров, которые появились примерно 230 миллионов лет назад. Это означает, что акулы пережили множество глобальных катастроф, включая массовые вымирания, такие как пермское вымирание (252 миллиона лет назад) и вымирание динозавров в конце мелового периода (66 миллионов лет назад).

Меловой период и вымирание динозавров (66 миллионов лет назад)

В конце мелового периода произошло ещё одно массовое вымирание, связанное с падением астероида в районе современного полуострова Юкатан (Мексика). Удар вызвал выброс огромного количества пыли и аэрозолей в атмосферу, что привело к резкому похолоданию ("ядерная зима"). Это событие уничтожило динозавров и многие другие виды, но открыло путь для эволюции млекопитающих.

Чиксулубский астероид, по оценкам учёных, имел диаметр около 10–15 километров. Несмотря на относительно небольшие размеры по сравнению с Землёй, его энергия при столкновении была колоссальной — эквивалентна взрыву 10 миллиардов атомных бомб, подобных той, что была сброшена на Хиросиму. Чиксулубский кратер диаметром около 180 километров и глубиной до 20 километров был обнаружен в 1970-х годах, но его связь с вымиранием динозавров была подтверждена позже, в 1990-х годах. Астероид врезался в Землю со скоростью около 20–25 километров в секунду. Удар пришёлся на мелководный океан, что вызвало гигантские цунами высотой до 100 метров, которые обрушились на побережья, также вызвал мощный выброс раскалённых обломков, которые разлетелись по всей планете. Пыль и аэрозоли, выброшенные в атмосферу, закрыли солнечный свет на месяцы или даже годы. Это привело к резкому похолоданию — так называемой "ударной зиме". Без солнечного света фотосинтез прекратился, что разрушило пищевые цепочки.

Палеоцен-эоценовый термальный максимум (56 миллионов лет назад)

Этот период характеризовался резким повышением температуры на планете, вызванным выбросом огромного количества углекислого газа и метана в атмосферу. Причины до конца не ясны, но предполагается, что это могло быть связано с вулканической активностью или высвобождением метана из морских гидратов. Температура повысилась на 5–8 °C, что привело к значительным изменениям в экосистемах.

Между палеоцен-эоценовым термальным максимумом (ПЭТМ) и текущим экологическим кризисом действительно можно провести определённые аналогии.  Однако есть и важные различия, которые делают современный кризис уникальным.

С начала промышленной революции (около 1750 года) концентрация CO₂ в атмосфере выросла в 2 раза (по состоянию на 2023 год). Основной причиной является деятельность человека: сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов и промышленное производство. Темпы выбросов сегодня значительно превышают те, что наблюдались во время ПЭТМ.

Температура на планете во время ПЭТМ повысилась на 5–8 °C в течение нескольких тысяч лет. В условиях современного кризиса средняя температура на Земле уже повысилась примерно на 1,2 °C по сравнению с доиндустриальным уровнем, и прогнозы указывают на дальнейший рост. Если выбросы парниковых газов не будут сокращены, температура может повыситься на 3–4 °C к концу XXI века, что сопоставимо с ПЭТМ, но произойдёт гораздо быстрее.

Ледниковые и межледниковые периоды плейстоцена (2,6 миллиона – 11,7 тысячи лет назад)

Последние несколько миллионов лет Земля переживала чередование ледниковых и межледниковых периодов. Во время ледниковых периодов огромные ледяные щиты покрывали значительную часть Северного полушария, а уровень моря был значительно ниже. Межледниковые периоды, такие как нынешний голоцен, характеризуются более тёплым климатом. Эти циклы связаны с изменениями орбиты Земли (циклы Миланковича) и концентрацией парниковых газов.

Почему чередование глобального потепления и  ледниковых ппериодов - это естественные процессы?

Глобальное потепление и ледниковые периоды — это естественные климатические циклы, которые происходят на Земле на протяжении миллионов лет. Эти изменения связаны с комплексным взаимодействием множества факторов, включая орбитальные изменения Земли, тектонические процессы, концентрацию парниковых газов в атмосфере и солнечную активность. Давайте разберёмся, почему глобальное потепление чередуется с ледниковыми периодами.

• Так например, орбита Земли меняется от почти круглой до более вытянутой (эллиптической) с периодом около 100 000 лет. Когда орбита более вытянутая, климатические различия между сезонами становятся более выраженными.
• Наклон оси Земли колеблется между 22,1° и 24,5° с периодом около 41 000 лет. Больший наклон усиливает сезонные различия, что влияет на накопление или таяние льда.
• Ось вращения Земли "колеблется" (как волчок), что изменяет время года, когда Земля находится ближе всего к Солнцу. Этот цикл длится около 26 000 лет.
• Концентрация парниковых газов: во время ледниковых периодов концентрация CO₂ и CH₄ снижается, что усиливает охлаждение:  во время межледниковых периодов (глобального потепления) концентрация парниковых газов увеличивается, что способствует нагреву планеты.
• Изменения в расположении континентов и морских проливов могут изменять океанские течения, которые переносят тепло по планете. Например, формирование Панамского перешейка около 3 миллионов лет назад изменило циркуляцию океанов и, возможно, способствовало началу современных ледниковых циклов.
• Альбедо (отражательная способность): Лёд и снег отражают солнечное излучение. Во время ледниковых периодов увеличение площади ледников усиливает охлаждение (положительная обратная связь). Во время потеплений таяние льда снижает альбедо, что усиливает нагрев.
• Во время потеплений растительность расширяется, поглощая CO₂, что может замедлить потепление. Во время похолоданий растительность сокращается, что снижает поглощение CO₂.

За последние 2,6 миллиона лет (плейстоцен) Земля пережила множество ледниковых и межледниковых периодов. Мы сейчас живём в межледниковом периоде, начавшемся около 11 700 лет назад (голоцен).

Современное глобальное потепление отличается от естественных циклов, так как оно вызвано человеческой деятельностью. Сжигание ископаемого топлива, вырубка лесов и промышленное производство резко увеличили концентрацию CO₂ в атмосфере, что привело к быстрому потеплению. Это изменение происходит гораздо быстрее, чем естественные циклы, и может нарушить долгосрочные климатические процессы, включая естественное чередование ледниковых и межледниковых периодов.

Показатели современного климатического кризиса следующие:

• 2016 год и 2020 год были самыми тёплыми годами за всю историю наблюдений.
• Лето 2023 года стало самым жарким за всю историю наблюдений, а июль 2023 года — самым жарким месяцем за всю историю.
• В XX веке температура росла в среднем на 0,07 °C за десятилетие. С 1981 года темпы потепления ускорились до 0,18 °C за десятилетие.
• Концентрация метана в атмосфере выросла более чем в 2,5 раза с доиндустриального уровня. Метан обладает в 25 раз более сильным парниковым эффектом, чем CO₂, на единицу массы.
• Средний уровень моря повысился примерно на 20–25 см с конца XIX века.
• Гренландский ледяной щит теряет около 280 миллиардов тонн льда в год (в среднем за последние два десятилетия). Если весь лёд Гренландии растает, уровень моря поднимется на 7 метров.
• Летний объём морского льда в Арктике сократился более чем на 75% с 1979 года. Арктика может полностью лишиться морского льда летом уже к 2030–2050 годам, если текущие тенденции сохранятся.
• Волны тепла стали более частыми и интенсивными. Например, в 2021 году в Канаде была зафиксирована рекордная температура 49,6 °C.
• Интенсивные осадки стали более частыми из-за увеличения испарения воды в атмосфере. Например, в 2021 году наводнения в Германии и Бельгии привели к катастрофическим разрушениям.
• Ураганы и тропические циклоны становятся более мощными из-за потепления океанов.
• Океаны поглощают около 25% выбросов CO₂, что приводит к их закислению. Кислотность океанов увеличилась на 30% с начала промышленной революции, что угрожает морским экосистемам.
• Сегодня виды вымирают в 100–1000 раз быстрее, чем в доиндустриальную эпоху. Около 1 миллиона видов находятся под угрозой исчезновения из-за изменения климата, утраты среды обитания и других факторов.
• К 2100 году уровень моря может подняться на 0,5–1 метр, что угрожает прибрежным городам и островным государствам.

Есть ли у нас шанс на спасение?

Каждый из нас может внести свой вклад в борьбу с глобальным потеплением, изменив свои привычки и сделав более осознанный выбор. Одним из ключевых шагов является сокращение потребления энергии. Например, можно выключать свет и электроприборы, когда они не используются, утеплять дом, чтобы снизить затраты на отопление, и переходить на использование энергосберегающих ламп или возобновляемых источников энергии, таких как солнечные панели.

Транспорт также играет важную роль в выбросах парниковых газов. Использование общественного транспорта, велосипедов или даже пешие прогулки для коротких поездок могут значительно сократить углеродный след. Если есть возможность, стоит рассмотреть переход на электромобили. Авиаперелёты, которые являются одним из крупнейших источников выбросов, можно сократить, выбирая альтернативные виды транспорта или компенсируя выбросы через экологические проекты.

Питание — ещё одна важная сфера. Сокращение потребления мяса, особенно говядины, и переход на более растительную диету помогут уменьшить выбросы метана, которые связаны с животноводством. Выбор местных и сезонных продуктов также снижает углеродный след, связанный с транспортировкой.

Сокращение отходов — ещё один шаг к устойчивому образу жизни. Использование многоразовых сумок, бутылок и контейнеров, переработка мусора и компостирование органических отходов помогают уменьшить нагрузку на свалки и выбросы метана. Кроме того, осознанное потребление, например, покупка качественных вещей, которые служат дольше, или ремонт старых, снижает общий объём производства и выбросов.

Посадка деревьев и поддержка природоохранных инициатив — это ещё один способ бороться с изменением климата. Деревья поглощают углекислый газ, а защита лесов помогает сохранить биоразнообразие. Кроме того, важно повышать осведомлённость о проблемах климата, делиться знаниями с окружающими и поддерживать экологические инициативы на местном и глобальном уровнях.

Каждое из этих действий может показаться небольшим, но в совокупности они способны замедлить темпы глобального потепления. Главное — помнить, что изменения начинаются с нас, и даже небольшие шаги могут привести к большим результатам, если их предпринимают миллионы людей.

Заключение

В условиях стремительно меняющегося климата каждый из нас несёт ответственность за будущее планеты. Глобальное потепление — это не абстрактная угроза, а реальность, которая уже влияет на экосистемы, экономику и качество жизни людей по всему миру. Однако у нас есть возможность замедлить этот процесс, если мы начнём действовать уже сегодня.

Каждое, даже самое простое действие — от экономии энергии и сокращения отходов до осознанного потребления и поддержки экологических инициатив — имеет значение. Вместе мы можем создать устойчивое будущее, где природа и человечество будут сосуществовать в гармонии. Важно помнить, что изменения начинаются с малого, и каждый шаг в сторону экологически ответственного образа жизни — это вклад в сохранение нашей планеты для будущих поколений.

А вы придерживаетесь концепции разумного потребления во имя будущего планеты?