Колебания концентрации кальция в океане

Концентрация кальция в океане не всегда менялась плавно. Океанологам удалось зафиксировать глобальные падения и всплески, которые подтвердили даты мощных климатических изменений.

Программа глубоководного бурения позволила узнать новые подробности о климатических изменениях на Земле. Уникальные исследования по изучению концентрации изотопов кальция в океанической коре провели Элизабет Гриффит, Адина Пайтан, Кен Калдейра, а также Элен и Томас Вуллен из Калифорнийского университета.

Доктор Гриффит рассказала: «Нам удалось обнаружить, что океаническая система намного более чувствительна к изменению климата, чем считалось раньше. Мы думали, что концентрация кальция как основного элемента морской воды менялась плавно и постепенно в течение многих миллионов лет. Но наши исследования полностью опровергли этот факт. Нам удалось выявить огромные колебания в значении изотопов кальция за период 28 млн лет».

Кальций играет заметную роль в регуляции климата Земли. Дно всех океанов мира покрыто отложениями карбонатов кальция, из которого состоят скелеты морских организмов. Они накапливаются на океаническом дне в течение многих миллионов лет. Углерод захватывается живыми организмами, кальций же в виде растворимых соединений поступает в океан со стоком рек. За геологическую историю Земли образовались такие огромные отложения карбонатов, что они стали самым большим запасом углерода на планете. Этот углеродный цикл связывает все оболочки Земли -- атмосферу, гидросферу, биосферу и литосферу. Соответственно, отложения карбонатов прямо связаны с глобальным циклом углерода, влияющим на климат Земли.

Еще одна важная роль кальция в океанической воде -- влияние на кислотность. Все живые организмы очень чувствительны к значению кислотности воды. Увеличение кислотности приводит к гибели многих живых организмов, особенно кораллов. Карбонат кальция играет стабилизирующую роль, он связывает лишние ионы водорода и переходит в растворимую форму -- гидрокарбонат. Равновесие это динамическое, поэтому и слишком щелочной морская вода не становится -- кальций снова переходит в нерастворимую форму карбоната, выбрасывая недостающие протоны в океан.

Такое равновесие делает почти невозможным исторический анализ содержания кальция в воде. Однако океанологи нашли способ. Они анализировали баритовые керны, которые выбуривали в рамках программы глубоководного бурения около черных курильщиков в центральной части Тихого океана. Барит (BaSO4) -- минерал неорганического происхождения, он выбрасывается в виде ионов бария и сернокислого остатка. Так что на скорость осаждения кальцийсодержащих минералов его количество не влияет. При этом ни кислотность воды, ни температура никак на него не действуют. И если барит покрывает собой карбонат кальция, то в итоге получаются эдакие консервы, по которым уже можно достоверно судить о содержании кальция в морской воде в данное время.

Таким способом ученые узнали, что происходило с морским кальцием за последние 28 млн лет. Например, огромный пик, превышающий современную концентрацию кальция в два раза, зафиксирован в слое, сформировавшемся примерно 4 млн лет назад. Ученые связывают этот факт с достаточно теплым и влажным климатом, преобладавшим на большей части Земли в то время. Многочисленные дожди, вероятно, способствовали выносу веществ, в том числе и кальция, реками. А сток рек, богатых кальцием, увеличил концентрацию этого элемента в океане.

Огромное понижение концентрации изотопов кальция, до 0,8 промилле, происходило более 13 млн лет назад, в середине миоцена. Тогда концентрация кальция снизилась в два с половиной раза по сравнению с современной. Середина миоцена -- один из самых крупных в истории Земли периодов климатических изменений. Ученые предполагают, что снижение концентрации изотопов кальция было связано с переходом климата от потепления к похолоданию, когда Антарктический ледяной щит значительно увеличился в объеме. Огромная масса воды оказалась скованной льдом, что привело к падению уровня океана. Кроме того, в результате похолодания изменились процессы выветривания. Это повлияло на химический состав воды рек, которую они несли в океан. А это изменило биологию и химию океана.

В настоящее время концентрация кальция в океане определяется балансом между попаданием кальция со стоком рек и выносом в результате образования карбонатов, количеством биомассы океана и процессами в океанической коре.

Исследование ученых из Калифорнийского университета показало, что биогеохимические циклы не являются стабильными, как считалось раньше. Поэтому в вопросах изучения глобальных изменений мы должны учитывать, насколько чутко океан реагирует на все изменения, особенно на изменение климата.

Результаты исследований опубликованы в журнале Science 12 декабря 2008 года.

Текст: Анна Говорова

12.04.2024

Разработаны новые российские средства устранения нефтяных разливов на воде

Создана первая российская методика ликвидации разливов нефти на воде, основанная на использовании диспергентов и собирателей и рассчитанная на умеренные широты. »»»

11.04.2024

Трансформаторное масло используемых в полевых условиях

Трансформаторное масло представляет собой специализированный тип минерального масла, специально разработанный для использования в трансформаторах и электрооборудовании. Оно выполняет множество важных функций, включая изоляцию, охлаждение и дугогасение »»»

10.04.2024

За прошлый год Роспироднадзору удалось взыскать менее 2% от общего ущерба, причиненного природной среде

В 2023 г. результативность взыскания нанесенного природным объектам вреда сократилась более чем вчетверо в процентном соотношении относительно общей суммы требований в сравнении с 2022 г. Наилучшая статистика взысканий оказалась по воздуху (17%), по которому были предъявлены наименьшие требования, составившие менее 1%. По наибольшим взысканиям, касающимся водных объектов (79%) наоборот удалось получить чуть более 1%. По почвам, ущерб которых составил 21%, был достигнут средний показатель взыскания в 3%. При этом более 95% суммы ущерба было предъявлено судебными исками. »»»

09.04.2024

Обнаружены новые районы грязевого вулканизма на дне Байкала

Многочисленные кратеры, включая недавно проявлявшие активность, обнаружены в двух районах северо-западного побережья. Ввиду расположения этих участков вблизи Байкальской рифтовой зоны такая геодинамическая активность может предварять новый сейсмический этап. »»»

08.04.2024

Разработана технология предотвращения развития эрозионных процессов с использованием полимеров

Учеными созданы полимерные составы, способствующие развитию растительного покрова за счет удержания почвенной влаги и связывания ионов тяжелых металлов. Растения скрепляют почву, препятствуя ее раздуванию и размыванию. »»»