Международная группа ученых кропотливо собрала данные более чем 50-летних морских научных буровых экспедиций, чтобы провести первое в своем роде исследование органического углерода, который опускается на дно океана и втягивается глубоко внутрь планеты.

Их исследование, опубликованное на этой неделе в журнале Nature, предполагает, что потепление климата может уменьшить захоронение органического углерода и увеличить количество углерода, возвращаемого в атмосферу, поскольку более теплые температуры океана могут увеличить скорость метаболизма бактерий.

Исследователи из Университета Райса, Техасского университета A&M, Университета Лидса и Бременского университета проанализировали данные из кернов илистых отложений морского дна, которые были получены в ходе 81 из более чем 1500 экспедиций, организованных Международной программой исследования океана (IODP) и ее предшественниками. Их исследование представляет собой самый подробный на сегодняшний день отчет о захоронении органического углерода за последние 30 миллионов лет, и это говорит о том, что ученым еще многое предстоит узнать о динамике долгосрочного углеродного цикла Земли.

"Мы обнаружили, что захоронение органического углерода происходит очень активно", - сказал соавтор исследования Марк Торрес из Райса. "Оно сильно меняется и реагирует на климатическую систему Земли гораздо сильнее, чем считали ученые ранее".

Соответствующий автор работы, океанограф из Техасского университета A&M Йиге Чжан, сказал: "Если наши новые данные окажутся верными, то они изменят многие наши представления о цикле органического углерода. По мере потепления океана органическому углероду будет труднее найти путь к захоронению в системе морских отложений".

Углерод является основным компонентом жизни, и углерод постоянно циркулирует между атмосферой и биосферой Земли по мере роста и разложения растений и животных. Углерод также может циркулировать в Земле, совершая путешествие, которое занимает миллионы лет. Он начинается в зонах тектонической субдукции, где относительно тонкие тектонические плиты, лежащие на океанах, опускаются под более толстые плиты, лежащие на континентах. Океаническая кора, погружающаяся вниз, нагревается по мере опускания, и большая часть ее углерода возвращается в атмосферу в виде углекислого газа (CO2) из вулканов.

Ученые уже давно изучают количество углерода, погребенного в океанических отложениях. В пробуренных кернах со дна океана содержатся слои отложений, откладывавшихся в течение десятков миллионов лет. Используя радиометрическое датирование и другие методы, исследователи могут определить, когда были отложены конкретные отложения. Ученые также могут многое узнать о прошлых условиях на Земле, изучая минералы и микроскопические скелеты организмов, попавших в отложения.

"Существует два изотопа углерода - углерод-12 и углерод-13", - говорит Торрес, доцент кафедры наук о Земле, окружающей среде и планетах в Райсе. "Разница между ними составляет всего один нейтрон. Поэтому углерод-13 немного тяжелее.

"Но жизнь ленива, и если что-то тяжелее - даже совсем немного - его труднее перемещать", - сказал Торрес. "Поэтому жизнь предпочитает более легкий изотоп, углерод-12. И если вы вырастите растение и дадите ему CO2, оно действительно предпочтет более легкий изотоп. Это означает, что соотношение углерода-13 и -12 в растении будет ниже - в нем будет меньше 13, чем в CO2, которым вы кормили растение".

На протяжении десятилетий ученые использовали изотопные соотношения для изучения относительного количества неорганического и органического углерода, который подвергался захоронению в определенные моменты истории Земли. Основываясь на этих исследованиях и вычислительных моделях, Торрес сказал, что ученые в основном считали, что количество углерода, подвергающегося захоронению, очень мало изменилось за последние 30 миллионов лет.

Чжан сказал: "У нас возникла идея использовать фактические данные и рассчитать скорость захоронения органического углерода, чтобы получить глобальное захоронение углерода. Мы хотели посмотреть, согласуется ли этот метод "снизу вверх" с традиционным методом изотопных расчетов, который в большей степени "сверху вниз"".

Работа по сбору данных экспедиций IODP выпала на долю первого автора исследования, Зие Ли из Бремена, который в то время был приглашенным студентом в лаборатории Чжана в A&M.

Чжан сказал, что результаты исследования были шокирующими.

"Наши новые результаты совершенно иные - они противоположны тому, что предполагают изотопные расчеты", - сказал он.

По словам Чжана, это особенно характерно для периода, называемого серединой миоцена, около 15 миллионов лет назад. Согласно общепринятому научному мнению, примерно в этот период было захоронено большое количество органического углерода, примером чему может служить богатая органикой "формация Монтерей" в Калифорнии. Результаты, полученные командой, говорят о том, что в этот интервал было захоронено наименьшее количество органического углерода за последние 23 миллиона лет или около того.

Он назвал статью команды началом нового потенциально важного способа анализа данных, который может помочь в понимании и решении проблемы изменения климата.

"Это любопытство людей, но я также хочу сделать его более информативным в отношении того, что произойдет в будущем", - сказал Чжан. "Мы делаем несколько вещей довольно творчески, чтобы действительно использовать палеоданные для информирования нас о настоящем и будущем".