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

01.06.2026

Установлена причина похолодания XV в.

Путем анализа антарктического льда установлено, что похолодание, начавшееся в Северном полушарии в середине XV в., было вызвано почти одновременным извержением 2 вулканов: Кувае и неизвестного в Южном полушарии. »»»

29.05.2026

Раскрыта природа аномальных структур на границе ядра и мантии

Путем моделирования установлено, что LLSVP и ULVZ возникли вследствие выделения из ядра кремния и магния в нижние слои мантии при остывании планеты. »»»

29.05.2026

Получены новые данные по истории Красного моря

Путем комплексного исследования установлено, что 6,2 млн лет назад вследствие прерывания связи со Средиземным морем Красное море полностью высохло и в течение 100 тыс. лет восстановилось в связи с соединением с Индийским океаном. »»»

27.05.2026

Получены новые данные по панспермии

Путем лабораторного моделирования установлена возможность миграции определенных аминокислот в космическом пространстве с частицами космической пыли. »»»

25.05.2026

Изучена роль космических факторов в геологической эволюции Земли

Путем анализа изотопного состава цирконов установлено, что пересечение Солнечной системой спиральных рукавов Млечного Пути вызывало кометную бомбардировку планет, что привело к переплавке первичной земной коры и формированию континентальной. »»»