Великий цикл земных лесов

 Леса появились на Земле около 400 миллионов лет назад, и все это время они процветали. Но в течение последних 150 миллионов лет они начали проявлять признаки бедствия, реагируя на снижение концентрации CO2 в атмосфере и на конкуренцию с пастбищами. Когда Земля изменится, смогут ли леса справиться с изменениями и выжить? Это крайне медленный тренд, но нельзя исключать, что леса закончат свой цикл и исчезнут в геологически короткие сроки. Этот текст представляет собой попытку реконструировать историю лесов и представить, каким может быть их будущее в далеком прошлом. (изображение предоставлено Чаком Пезешки ) 

Лес — это великолепное, структурированное и функциональное образование, в котором отдельные элементы — деревья — работают вместе, чтобы обеспечить выживание ансамбля.Каждое дерево перекачивает воду и питательные вещества к кроне с помощью механизма, называемого эвапотранспирацией. Конденсация испаряемой воды запускает явление, называемое «биотическим насосом », которое приносит пользу всем деревьям, перекачивая воду из моря. Каждое дерево перекачивает углеводы, которые оно производит с помощью фотосинтеза, в свое микоризное пространство, подземную систему корней и грибов, которая извлекает минеральные питательные вещества для дерева. Вся « ризосфера » — корневое пространство — образует гигантскую мозгоподобную сеть, соединяющую деревья друг с другом, которую иногда называют «Лесной паутиной». Это оптимизированная среда, в которой почти все перерабатывается. Мы можем видеть в этом сходство с концепцией «производства точно в срок» в человеческой экономике. 

10 мая 2019 года ушел из жизни Виктор Георгиевич Горшков - профессор, доктор физико-математических наук,  автор научной концепции биотической регуляции окружающей среды.  Отличительная черта Виктора Георгиевича, как ученого, была способность видеть проблемы не со “стереотипной” стороны, как её видело и ...

Леса — замечательные биологические машины, но они также легко уничтожаются пожарами и нападениями паразитов. И у лесов есть конкурент: трава, растение, которое имеет тенденцию заменять их всякий раз, когда у него есть шанс. Области, называемые саваннами, в основном покрыты травой, хотя в них есть и деревья. Но у них нет закрытого полога, они не испаряются так сильно, как леса, и они, как правило, существуют в гораздо более сухих климатических условиях. Леса и луга ведут борьбу, которая, возможно, началась около 150 миллионов лет назад, когда впервые появилась трава. За последние несколько миллионов лет травы, по-видимому, получили преимущество в конкурентной борьбе, в значительной степени благодаря своей более высокой эффективности фотосинтеза (путь «С4») в системе, где растениям не хватает СО2.

Другим конкурентом лесов является примат, покинувший родной лесной дом всего пару миллионов лет назад, чтобы стать обитателем саванны, — мы можем назвать его «обезьяной саванны», хотя он также известен как «Homo» или «Homo». sapiens ». Эти обезьяны — умные существа, которые, кажется, заняты в основном тем, что сравняют леса с землей. Тем не менее, в долгосрочной перспективе они могут оказать лесу услугу, вернув концентрацию CO2 в атмосферу к значениям, более подходящим для старого фотосинтетического механизма «C3», который все еще используется деревьями. 

На протяжении веков мы имеем чрезвычайно сложную и захватывающую историю. Если леса доминировали над ландшафтом Земли сотни миллионов лет, однажды они могут исчезнуть, когда Гея состарится. В этом посте я описываю эту историю с «системной» точки зрения, то есть подчеркивая взаимодействие элементов системы в долгосрочной перспективе (это также называется «глубокое время»). Пост написан в легком настроении, так как я надеюсь, что смогу донести очарование истории и до людей, не являющихся учеными. Я постарался сделать все возможное, чтобы интерпретировать имеющиеся знания, заранее извиняюсь за неизбежные упущения и ошибки в таком сложном вопросе, и я надеюсь, что вам понравится этот пост. 

Происхождение лесов: 400 миллионов лет назад

Жизни на Земле может быть почти 4 миллиарда лет, но, поскольку мы многоклеточные животные, мы уделяем особое внимание многоклеточной жизни. Итак, мы склонны ориентироваться на кембрийский период (542-488 млн лет назад), когда многоклеточные существа стали обычным явлением. Но весь этот захватывающий взрыв жизни был связан с морскими животными. Растения начали заселять сушу только в период после кембрия, ордовика (485-443 млн лет назад ) . 

Надо отметить, что ордовикская флора на суше была далеко не впечатляющей. Насколько нам известно, он был образован только мхом (возможно, и лишайником, но это не точно). Мхи — скромные растения: у них нет сосудов, они не вырастают высокими и уж точно не могут сравниться с деревьями. Тем не менее, мхи могут изменить планетарное альбедо и, возможно, внести свой вклад в оплодотворение морской биоты, что может быть связано с захватывающими ледниковыми периодами ордовика . Характерной чертой земной системы является то, что температура атмосферы связана с изобилием жизни. Больше жизни вытягивает атмосферный CO2, и это охлаждает планету. Ордовик видел один из таких периодических эпизодов похолодания с началом колонизации земли. (изображение из Википедии )

Затем последовал еще один длительный период, названный «силурийским» (444–419 млн лет назад), когда растения продолжали развиваться, но все еще сохраняли размеры в лучшем случае небольшого куста.  Затем, в течение девона (419-359 миллионов лет назад) у нас есть доказательства существования дерева . И не только это, летопись окаменелостей показывает своего рода каналы, называемые «ксилема», которые соединяют корни с листьями на дереве. Эти растения уже были высокими и имели крону, ствол и корни. К следующему геологическому периоду, каменноугольному (359–299 млн лет назад), леса, по-видимому, были широко распространены.  

Если бы мы могли прогуляться по одному из этих древних лесов, это место показалось бы нам знакомым, но в то же время немного унылым. Ни птиц, ни даже летающих насекомых, они развились лишь спустя десятки миллионов лет. Никаких лазающих по деревьям животных: ни обезьян, ни белок, ничего подобного. Даже в отношении травоядных у нас нет свидетельств тех, кого мы привыкли видеть в наши дни. Травы не существовало, поэтому не могли существовать и травоядные. Были травоядные, которые выживали на листьях или на разлагающихся растительных веществах. Много зелени, но нет цветов, они еще не развились. 

 

 

Вы видите на изображении (источник) впечатление того, как мог выглядеть древний лес Cladoxylopsida  в палеозойскую эру.

 

Палеозойские леса уже имели одну из характеристик современных лесов: пожары. На Земле никогда раньше не было пожаров по крайней мере по двум веским причинам: во-первых, не хватало кислорода, а во-вторых, не было ничего легковоспламеняющегося. Но теперь, когда концентрация кислорода увеличилась и растения заселили землю, появились пожары, освещающие ночь. Они останутся характерной чертой наземной биосферы на сотни миллионов лет.

 

 

«Пожарное окно» — это область концентрации атмосферного кислорода, в которой могут возникать пожары.Обратите внимание, что в палеозое концентрация могла быть значительно выше, чем сейчас. Много было фейерверков, наверное. Обратите также внимание на наличие следов пожаров еще до развития полноценных деревьев, в девоне. Древесины в то время не существовало, но концентрация кислорода могла быть достаточно высокой, чтобы поджечь другие виды сухого органического вещества. Источник изображения . 

Лесные пожары — классический случай саморегулирующейся системы. Запас кислорода в атмосфере пополняется за счет фотосинтеза растений, но удаляется при сжигании древесины. Таким образом, пожары, как правило, снижают концентрацию кислорода, что затрудняет возгорание. Но история намного сложнее. Пожары также имеют тенденцию создавать «упорные» соединения углерода, например, древесный уголь, которые не перерабатываются биосферой и, как правило, остаются погребенными в течение длительного времени — почти навсегда. Таким образом, в течение очень длительных периодов пожары имеют тенденцию увеличивать концентрацию кислорода в атмосфере за счет удаления из нее СО2. Вывод состоит в том, что пожары как уменьшают, так и увеличивают концентрацию кислорода. Как насчет того, чтобы почувствовать, насколько сложны биосферные процессы? 

Он выбросил в атмосферу огромное количество углерода в виде парниковых газов. Это согрело планету настолько, что почти стерилизовала биосферу. Это было не первое, но самое крупное массовое вымирание фанерозойской эпохи. Гея обычно занята поддержанием стабильного климата Земли, но иногда кажется, что она спит за рулем — или, может быть, она напивается или накуривается. В результате происходит одно из этих бедствий.  

26 июля, в свой 103 день рождения, умер британский ученый-эколог, инженер и изобретатель Джеймс Лавлок (James Ephraim Lovelock). В мире он был известен как пионер науки, климатический пророк и создатель теории Геи. Еще в сентябре 1965 года он пришёл к мысли о том, что земная жизнь научилась поддерживать необходимые для себя условия...

Тем не менее, экосистема пережила великое вымирание и восстановилась. Настала очередь мезозойской эры, когда земли вновь заселили леса. Со временем покрытосеменные («цветковые растения») становятся доминирующими над более ранними хвойными. С цветами леса, возможно, были намного шумнее, чем раньше, с пчелами и всевозможными насекомыми. Появились и динозавры-птицы. Похоже, они жили в основном на деревьях, как и современные птицы. 

В течение длительного периода мезозоя ландшафт должен был быть в основном лесным.Никаких свидетельств того, что трава была обычным явлением, хотя более мелкие растения, например папоротники, были в изобилии. Тем не менее, великая эволюционная машина продолжала двигаться. В течение юрского периода развился новый вид системы микоризы, «эктомикориза », которая позволяла лучше контролировать минеральные питательные вещества в ризосфере, избегая потерь, когда растения не были активны. Этот механизм был типичен для хвойных, которые могли колонизировать холодные регионы суперконтинента того времени — Пангеи.  

В мезозое появились и распространились по всей планете динозавры. Вы наверняка заметили, что юрские динозавры часто были двуногими (см . иллюстрацию, показывающую раннюю форму игуанодона ). Их также называют «орнитоподами», это строение тела позволяет травоядным существам питаться листьями на высоких ветвях деревьев. Двуногая стойка позволяет существу вставать, балансируя на хвосте, доставая до больших высот. Некоторые динозавры избрали другую стратегию, развивая очень длинные шеи с той же целью: бронтозавр в этом смысле является культовым, хотя традиционно его изображали наполовину погруженным в болота (иллюстрация взята из New York Tribune за 1919 год). Идея о том, что бронтозавры жили в основном в болотах, не так уж и радужна, если подумать. Зачем полуводному существу нужна длинная шея? Подумайте о бегемоте с шеей жирафа: это не сработает. 

Гораздо лучшее представление о динозаврах с длинной шеей появилось в первом эпизоде ​​сериала « Парк Юрского периода » (1993), когда гигантский диплодок поедает листья. В какой-то момент зверь встает на задние лапы, используя хвост как дополнительную опору. 

Если вы любитель динозавров (а вы, вероятно, читаете этот пост), эта сцена, должно быть, была особенным моментом в вашей жизни. И после того, как я посмотрел его, может быть, сто раз, он все еще трогает меня. Но обратите внимание, как диплодок показан в травянистой среде с редкими деревьями: саванна. Это нереально, потому что травы еще не существовало, когда существо вымерло в конце юрского периода, около 145 миллионов лет назад. 

Чтобы увидеть траву и травоядных, животных, специализирующихся на ее поедании, нужно дождаться мелового периода (145-66 млн лет назад). Доказательством того, что некоторые динозавры  начали есть траву  , являются экскременты динозавров с длинной шеей. Это немного странно, потому что, если вы пастух, последнее, что вам нужно, это длинная шея. Но новые тела растений быстро развивались. Ceratopsia  были первыми настоящими травоядными, которых также называли «мега-травоядными» . Тяжелые четвероногие звери, которые прожили свою жизнь, держа голову близко к земле. Трицератопсы заняли место в человеческой фантазии как прототипы динозавров, и их часто показывают в фильмах, сражающихся с тираннозаврами. Вы видели эту сцену в фильме Уолта Диснея «Фантазия» (1940). Возможно, так и было на самом деле.

В конце мелового периода, 66 миллионов лет назад, в районе Декана, в Индии, возникла новая крупная магматическая провинция. Это породило еще одну климатическую катастрофу, связанную с массовым вымиранием. Большинство динозавров было уничтожено, за исключением тех, кого мы сегодня называем «птицами». В то же время на Землю упал большой метеорит. Он причинил лишь незначительный ущерб, но миллионы лет спустя дал кинематографистам тему для исследования во многих драматических фильмах. 

 

Со временем деканская губа исчезла, и последовавшая за ней эра называется кайнозойской. Экосистема восстановилась, леса вновь колонизировали землю, а млекопитающие и птицы (единственные выжившие из клады динозавров ) боролись за то, чтобы занять экологические ниши, оставленные их старыми хозяевами. Ранний кайнозой был теплым периодом густых лесов, которые давали убежище разнообразным животным: птицы вили свои гнезда на ветвях, а  белки  и другие мелкие млекопитающие прыгали с ветки на ветку или жили на земле. Именно в этот период эволюционировали приматы: огромные леса тех времен служили убежищем для множества видов, которые, вероятно, уже развили сложное социальное поведение.  

 

Трава также пережила катастрофу конца мелового периода. В результате некоторые млекопитающие превратились в новых «мегатравоядных» или «мегафауну», занявших ту же экологическую нишу, которую задолго до этого колонизировали трицератопсиды. 

 

 

Вот бронтотерий,  крупное травоядное млекопитающее  , жившее около 37-35 миллионов лет назад, в период позднего эоцена  ( изображение с BBC).

 

Мегачудовища кайнозоя не обладают таким очарованием, как гигантские динозавры, но у этого существа красиво звучащее имя, и оно немного похоже на Шрека , людоеда из фильма Спилберга. Обратите внимание, как правильно показано, что зверь идет по травянистой равнине. Предполагается, что эоцен был в основном покрыт лесами, но существовала и трава. Бронтотерий был оппортунистическим травоядным, очевидно, способным питаться различными видами пищи, а не только травой. 

Во время теплой фазы кайнозоя Земля достигла максимальной температуры около 55 миллионов лет назад, что примерно на 8-12 градусов выше, чем сегодня. Концентрация СО2 тоже была большой. Это называется «раннеэоценовым климатическим оптимумом». Это не означает, что этот период был лучше других периодов с точки зрения климата, но кажется, что Земля была в основном покрыта густыми лесами и что биосфера процветала.  

Затем атмосфера начала охлаждаться. Это было падение, завершившееся на границе эоцена и олигоцена, около 34 миллионов лет назад, новым массовым вымиранием. Это было относительно небольшое событие по сравнению с другими, более известными массовыми вымираниями, но все же настолько заметное, что швейцарский палеонтолог Ганс Георг Штелин в 1910 году назвал его « Grande Coupure » (большой перелом). Одна из жертв был бронтотерий — очень жаль, это был красивый зверь. 

В отличие от других случаев, вымирание в Grande Coupure было связано не с потеплением, вызванным LIP, а с быстрым охлаждением. На рисунке вы видите «ступеньку» снижения температуры. 

Почему большое охлаждение? Ответ до конца неизвестен. Конечно, похолодание было связано с  уменьшением содержания СО2  в атмосфере, что, в свою очередь, могло быть вызвано  столкновением Индийской плиты с Евразией . Это было гигантское геологическое событие, породившее горный пояс Гималаев. Он подвергал воздействию атмосферы огромное количество свежей породы, в результате чего из-за силикатной эрозии и выветривания удалялся CO2. 

Несмотря на расширение саванн, тропические леса продолжали существовать в тропических регионах. Хвойные леса закрепились в северных регионах, чему способствовала их система эктомикоризы, которая позволяла избежать стока питательных веществ зимой. Тайгу также называют бореальным лесом. 

 

Затем началась новая фаза похолодания, по-видимому, как продолжение предыдущей тенденции: похолодание порождает еще большее похолодание. Это было началом «плейстоцена», периода нестабильного климата, когда ледниковые периоды и межледниковья следовали друг за другом, вызванные небольшими колебаниями солнечной радиации, связаанными с характеристиками орбиты Земли. Эти колебания называются «Циклами Миланковича» — они не являются причиной ледниковых периодов, а всего лишь спусковыми механизмами. (Источник изображения).

 

Колебания вызваны льдом, имеющим встроенную обратную связь по альбедо,  чем больше распространяется лед, тем больше солнечного света напрямую отражается в космос. Это приводит к снижению температуры и еще большему распространению льда. В своих крайних последствиях этот механизм может привести к состоянию «Земли-снежка», когда лед покроет всю поверхность планеты. Возможно, это действительно произошло в криогенный период, около 600 миллионов лет назад. К счастью, существовали механизмы, способные повторно нагреть Землю и вернуть ее в состояние, которое мы считаем «нормальным». 

 

 

Глобальные последствия разогрева Арктики

Земля примерно на 1,1 ℃ теплее , чем в начале промышленной революции. Это потепление не было равномерным, и в некоторых регионах потепление происходило гораздо быстрее. Одним из таких регионов является Арктика. Новое исследование показывает, что за последние 43 года Арктика нагревалась почти в четыре раза быстрее, чем...

 

 

В плейстоцене концентрация CO2 в атмосфере Земли упала до очень низкого уровня, особенно во время ледниковых периодов, когда она достигала уровня около 150 частей на миллион (ppm). Земля, возможно, приблизилась к новой Земле-снежку, но, к счастью, этого не произошло. Отчасти это может быть связано с тем, что сегодня солнце примерно на 5% горячее, чем было в криогенный период. Но мы никогда не узнаем, насколько близка была Гея к тому, чтобы замерзнуть насмерть. 

 

В плейстоцене наступавшие ледяные щиты сметали все растения, но даже в непокрытых льдом районах леса сильно пострадали.  Влажные тропические леса не исчезли,  но их протяженность значительно сократилась. На севере большая часть евразийских бореальных лесов сменилась «мамонтовой степью» — огромной территорией, простиравшейся от Испании до Камчатки. где бродили мамонты и другие мега-травоядные. 

 

 

Не исключено, что ледниковый период, более холодный, чем в среднем в плейстоцене, мог привести к окончательному исчезновению лесов, полностью замененных травами. Но этого не произошло, и все должно было снова измениться с появлением  обезьян саванны — совершенно нового вида, который стал доминировать в экосистеме. 

 

 

Восстание обезьян саванны

Приматы — древесные существа, которые эволюционировали в теплой среде эоценовых лесов. Они использовали ветки деревьев в качестве убежища и могли приспосабливаться к различным видам пищи. Современные приматы не чураются охоты на другие виды, может быть, даже древние приматы делали то же самое. С точки зрения этих древних приматов, сокращение площади тропических лесов, начавшееся примерно 30 миллионов лет назад во время "Grande Coupure," было катастрофой. Они не были приспособлены для жизни в саваннах: они были медлительны на земле: легкий обед для могущественных хищников того времени. Приматы также никогда не колонизировали северную тайгу. Скорее всего, это было не потому, что они не могли жить в холодных условиях (некоторые современные обезьяны могут это делать), а потому, что они не могли пересечь «мамонтовую степь», отделявшую тропические леса от северных лесов. Если кто-то из них и пытался, местные плотоядные следили за тем, чтобы у них ничего не вышло. Итак, «бореальных обезьян» не существует (на самом деле есть одна , изображенная на картинке, но это не совсем обезьяна!). 

Тем не менее, в конце концов, обезьяны были вынуждены переселиться в саванну. Во время плейстоцена, около 4 миллионов лет назад, в Африке появились австралопитеки , (источник изображения ). Мы можем назвать их первыми «обезьянами саванны». Параллельно, возможно, некоторое время спустя, в Африке появился еще один вид саванных обезьян — бабуин. Вначале австралопитеки и бабуины, вероятно, практиковали схожие методы выживания, но со временем они превратились в совершенно разные виды. Бабуины все еще существуют сегодня как суровый и адаптируемый вид, который, однако, никогда не развивал особых характеристик австралопитеков, которые превратили их в совершенно другой вид животных. Первые существа, которых мы относим к роду Homo, homo habilis, появились примерно 2,8 миллиона лет назад. Они также были жителями саванны.

Эта ветвь обезьян саванны выиграла игру на выживание с помощью ряда эволюционных нововведений. Они увеличили размер своего тела для лучшей защиты, они разработали прямую стойку, чтобы иметь более длинное поле зрения, они увеличили свой метаболизм, избавившись от волос на теле и используя обильное потоотделение для охлаждения, они разработали сложные языки для создания социальных групп. для защиты от хищников, и они научились изготавливать каменные орудия, которые можно приспособить к различным ситуациям. Наконец, они разработали инструмент, которым раньше не владело ни одно животное на Земле: огонь. За несколько сотен тысяч лет они распространились по всему миру от своего первоначального места основания на небольшом участке Центральной Африки. Обезьяны саванны, теперь называемые Homo sapiens, имели ошеломляющий эволюционный успех. Последствия для экосистемы были огромными.

Во-первых, обезьяны саванны истребили большую часть мегафауны. Единственными крупными млекопитающими, пережившими натиск, были те, что жили в Африке, где у них было время приспособиться к новому хищнику. Например, большие уши африканского слона — это система охлаждения, предназначенная для того, чтобы слоны могли справляться с невероятной выносливостью людей-охотников. Но в Евразии, Северной Америке и Австралии прибытие пришельцев было настолько быстрым и неожиданным, что большая часть крупных животных была уничтожена. 

Уничтожив мегатравоядных, обезьяны помогли конкурентам травы, лесам, которым теперь было легче вторгаться в пастбища, не видя, как их саженцы вытаптываются. Но обезьяны саванны также взяли на себя роль мегатравоядных. Они с большой эффективностью использовали костры, чтобы расчищать леса, чтобы освободить место для дичи, на которую они охотились. В книге «1491» Чарльз Манн сообщает (стр. 286), как « вместо того, чтобы одомашнивать животных для мяса, индейцы переоборудовали экосистемы, чтобы поощрять лосей, оленей и медведей. Постоянное сжигание подлеска увеличивало число травоядных, хищников, питавшихся ими, и людей, которые съели их обоих»  

Позже, когда они развили металлургию, обезьяны смогли вырубить целые леса, чтобы освободить место для выращивания видов трав, которые они тем временем одомашнили: пшеницы, риса, кукурузы  и многих других. 

Но обезьяны саванны не обязательно были врагами леса.Параллельно с сельским хозяйством они также использовали целые леса в качестве источников пищи. История каштановых лесов Северной Америки сегодня почти забыта, но около века назад леса этого региона в основном состояли  из каштанов, посаженных коренными американцами в качестве источника пищи ( источник изображения ). К началу 20 века каштановый лес был опустошен «гнилью каштанов», грибковым заболеванием, пришедшим из Китая. Говорят, что было уничтожено около 3-4 миллиардов каштанов, и теперь каштанового леса больше не существует. Американский каштановый лес — не единственный пример леса, управляемого или даже созданного людьми. Даже тропический лес Амазонки, который иногда считают примером «естественного» леса, свидетельствует о том, что в прошлом коренные жители Амазонки управляли им как источником пищи и других продуктов. 

 

Действия обезьян саванны всегда были масштабными и в большинстве случаев заканчивались катастрофой. Даже океаны не были в безопасности от обезьян: им почти удалось истребить усатых китов, превратив большие площади океанов в пустыни. На суше целые леса были стерты с лица земли. Последовало опустынивание, вызванное «мегазасухами», когда леса больше не контролировали цикл дождей. Даже когда обезьяны щадили лес, они часто превращали его в монокультуру, подвергавшуюся уничтожению вредителями, как показывает случай с американскими каштанами. И все же в определенном смысле обезьяны оказывали лесу услугу. Несмотря на огромные потери от пил и топориков, им так и не удалось  полностью истребить древесные породы , хотя некоторые из них в настоящее время находятся под угрозой исчезновения. 

Важнейшим действием обезьян была их привычка сжигать отложения углерода, задолго до этого удаленные из экосферы. Обезьяны называют эти виды углерода «ископаемым топливом», и они добились невероятного горения, используя энергию, хранящуюся в этом древнем углероде, без необходимости прохождения медленного и трудоемкого процесса фотосинтеза. При этом они подняли концентрацию СО2 в атмосфере до уровня, невиданного десятки миллионов лет назад. Это была желанная пища для деревьев, которые теперь восстанавливаются после своего прежнего бедствия во время плейстоцена и отвоевывают земли, которые они потеряли из-за травы. На севере Евразии тайга расширяется и постепенно вытесняет старые мамонтовые степи. Районы, которые сегодня являются пустынями, скорее всего, станут зелеными. Мы уже наблюдаем эту тенденцию  в пустыне Сахара. 

То, что могли сделать обезьяны саванны, было, вероятно, сюрпризом для самой Геи, которая, должно быть, сейчас чешет затылок и задается вопросом, что случилось с ее любимой Землей. И что теперь будет?  

 

Новая большая магматическая провинция, созданная обезьянами

Гигантские извержения вулканов, называемые LIP, имеют тенденцию появляться с периодичностью порядка десятков или сотен миллионов лет . Но никто не может предсказать LIP, и вместо этого обезьяны саванны предприняли выдающийся подвиг создания LIP-эквивалента, сжигая огромное количество органического («ископаемого») углерода, который откладывался под землей в течение десятков или сотен миллионов лет биологического существования. 

Удивительно, насколько быстрой был этот обезьяний LIP (MLIP). Геологические LIPS обычно охватывают миллионы лет. MLIP прошел свой цикл за несколько сотен лет. Он закончится, когда концентрация ископаемого углерода, хранящегося в земной коре, станет слишком низкой, чтобы самоподдерживать горение кислородом воздуха. Как и все пожары, великий пожар ископаемого углерода закончится, когда закончится топливо, вероятно, менее чем через столетие. Даже за такое короткое время концентрация CO2, вероятно, достигнет, а возможно, и превысит уровни, невиданные после эоцена, около 50 миллионов лет назад. Не исключено, что она может достигать более 1000 частей на миллион. 

Всегда существует вероятность того, что такая высокая концентрация углерода в атмосфере вытолкнет Землю за грань стабильности и убьет Гею, перегрев планету. Но это не очень интересный сценарий, так что давайте рассмотрим возможность того, что биосфера переживет углеродный импульс. Что будет с экосферой?

Обезьяны саванны, вероятно, станут первыми жертвами импульса CO2, который они сами произвели. Без ископаемого топлива, на которое они привыкли полагаться, их численность будет очень быстро сокращаться. Из невероятного количества в 8 миллиардов особей они вернутся к уровням, типичным для их ранних предков из саванн: может быть, всего несколько десятков тысяч, вполне возможно, они вымрут. В любом случае им вряд ли удастся сохранить привычку вырубать целые леса. Без обезьян, занимающихся лесозаготовками, и с высокой концентрацией CO2 леса имеют преимущество перед саваннами, и они, вероятно, повторно заселят землю, и мы снова увидим пышную лесистую планету (древесные обезьяны, вероятно, выживут и будут процветать). . Тем не менее, саванны не исчезнут. Они являются частью экосистемы, и новые мегатравоядные появятся через несколько сотен тысяч лет. 

С течением времени великий цикл потепления и похолодания может возобновиться после LIP обезьяны, точно так же, как это происходит в случае геологических LIP. Через несколько миллионов лет Земля может столкнуться с новым циклом охлаждения, который снова приведет к плейстоценовой серии ледниковых периодов. В этот момент могут появиться новые обезьяны саванны. Они могут возобновить свою привычку истреблять мегафауну, сжигать леса и строить вещи из камня. Но у них не будет такого изобилия ископаемого топлива, которое нашли обезьяны, называемые Homo sapiens , когда они вышли в саванны.Значит, их влияние на экосистему будет меньше, и они не смогут создать новый обезьяний-LIP. 

И что потом? В глубоком прошлом судьба Земли определяется медленно увеличивающимся солнечным излучением, которое в конечном итоге приведет  к удалению кислорода из атмосферы и стерилизации биосферы , возможно, менее чем через миллиард лет. Таким образом, мы можем наблюдать больше циклов потепления и похолодания, прежде чем экосистема Земли рухнет. В этот момент не будет больше ни лесов, ни животных, и может сохраниться только одноклеточная жизнь. Должно быть. Гея, бедняжка, делает все возможное, чтобы сохранить жизнь биосфере, но она не всемогуща. И не бессмертна. 

Тем не менее, будущее всегда полно сюрпризов, и вы никогда не должны недооценивать, насколько умна и находчива Гея. Подумайте о том, как она отреагировала на нехватку углекислого газа в последние несколько десятков миллионов лет. Она придумала не один, а два совершенно новых механизма фотосинтеза, предназначенных для работы при низких концентрациях CO2: механизм C4, типичный для трав, и еще один, называемый метаболизмом крассуловой кислоты (CAM) . Не говоря уже о том, как симбиоз грибов и растений в ризосфере развивался с новыми приемами и новыми механизмами. Вы не представляете, что старушка может состряпать в своем гараже вместе со своими учеными-эльфами (теми, кто еще и подрабатывает у Деда Мороза). 

А что, если Гея изобретет что-то еще более радикальное с точки зрения фотосинтеза? Одна из возможностей заключается в том, чтобы деревья могли принять механизм C4 и создать новые леса, которые были бы более устойчивыми к низким концентрациям CO2. Но можно подумать и о более радикальных инновациях. Как насчет пути фиксации света, который не только работает с меньшим количеством СО2, но и вообще не  нуждается  в СО2? Это было бы почти чудом, но, что примечательно,  такой путь существует . И он был разработан именно теми обезьянами саванны, которые в основном разрушали экосферу. 

Новый путь фотосинтеза даже не использует молекулы углерода, а делает свое дело с помощью твердого кремния (обезьяны называют это «фотоэлектричество»). Он хранит солнечную энергию в виде возбужденных электронов, которые могут долгое время сохраняться в виде восстановленных металлов или других химических соединений.Существам, использующим этот механизм, не нужен углекислый газ в атмосфере, не нужна вода, они могут обходиться и без кислорода. На что способны новые существа, нам трудно представить (хотя  мы можем попытаться ). 

Мы можем быть обезьянами саванны, но мы по-прежнему благоговейно относимся к величию лесов. Образ фантастического леса из фильма Хаяо Миядзаки «Мононоке но химэ» очень резонирует с нами. Но видите ли вы ошибку на этом изображении? Что делает этот лес не настоящим лесом? 

В любом случае, Гея — суровая женщина, и она может прожить намного дольше, чем мы можем себе представить, даже под палящим солнцем, достаточно горячим, чтобы сжечь биосферу дотла. Леса тоже создания Геи, и она доброжелательна и милосердна (правда, не всегда), так что она может держать их при себе очень-очень долго. (и, кто знает, может, она даже избавит Обезьян Саванны от своего гнева!).

 

Уго Барди

Уго Барди преподает физическую химию во Флорентийском университете в Италии, а также является членом Римского клуба. Он интересуется истощением ресурсов, моделированием системной динамики, наукой о климате и возобновляемыми источниками энергии.

Источник