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 Елизабет Гриффит, Адина Пайтан, Кен Калдейра, а также Элен и Томас Вуллены из Калифорнийского Университета.

Говорит доктор Гриффит: «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 течении многих миллионов лет. Но наши исследования полностью опровергли этот факт. Нам  удалось выявить огромные колебания в значении изотопов кальция за период 28 миллионом лет».

Кальций в океане и его глобальная роль

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 Земле. Этот углеродный цикл связывает все оболочки Земли – атмосферу, гидросферу, биосферу и литосферу. Соответственно, отложения карбонатов напрямую 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.

Исследования концентрации изотопов кальция

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 (Deep See Drrilling Progect) окол чёрных 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 миллионов лет. Например, огромный пик, превышающий современную концентрацию кальция в 2 раза, зафиксирован в слое, сформировавшемся примерно 4 миллиона лет назад. Ученые связывают этот факт с достаточно теплым и влажным климатом, преобладавшем 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 миллионов лет назад  в середине миоцена. Тогда концентрация кальция снизилась на 2,5  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 оказалось 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 концентрации кальция в океане определяются балансом между попаданием кальция  со стоком рек и выносом в результате образования карбонатов, количеством биомассы океана и процессами в океанической коре.

Исследование ученых их 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 изменение климата.

Анна Говорова
Фото: flickr.com/dsifry

http://infox.ru/science/planet/2008/12/12/Ca-warming-global-barit.phtml