Учёные обнаружили в климатической системе Земли скрытый стабилизирующий механизм, способный на геологических масштабах восстанавливать баланс углекислого газа в атмосфере. Этот процесс запускается при потеплении климата: усиливаются дожди, с суши вымывается больше фосфора, и океаны получают дополнительное питание для фитопланктона. Массовое цветение микроводорослей ускоряет поглощение CO₂, а после гибели планктон оседает на дно, унося с собой углерод и питательные вещества. Со временем это приводит к накоплению органических отложений и долговременному удалению углекислого газа из атмосферы.
Такой саморегулирующийся контур работает как естественный термостат: при потеплении он активируется, при охлаждении — ослабевает. В новом исследовании показано, что этот «второй термостат» действует гораздо быстрее, чем классический механизм химического выветривания силикатов, который стабилизирует климат в течение сотен тысяч или миллионов лет. Новая система замыкает цикл за примерно сто тысяч лет — и именно с такой периодичностью Земля обычно переходит из ледниковых эпох в межледниковья и обратно.
Ранее считалось, что единственным долгосрочным регулятором климата является кремниевое выветривание: атмосферный CO₂ растворяется в дождевой воде, вступает в реакцию с горными породами и переносится в океан, где формирует карбонатные отложения. Этот процесс действительно снижает концентрацию парниковых газов, но его инерционность слишком велика, чтобы объяснить резкие колебания температуры и уровня CO₂, происходившие каждые сто тысяч лет. Он также не способен объяснить эпизоды глобального оледенения, когда Земля превращалась в «планету-снежок».
Команда геологов и химиков из Калифорнийского университета в Риверсайде и Университета Бремена предложила другое объяснение. При анализе древних морских осадков, сформировавшихся после периодов мощной вулканической активности, они обнаружили толстые слои органического вещества, поглотившего углерод из атмосферы. Для моделирования этого эффекта учёные объединили данные о круговороте углерода и фосфора в единую систему и проследили, как изменение температуры влияет на перенос элементов между сушей, океаном и морским дном.
В тёплом климате интенсивное выветривание горных пород ускоряет вынос фосфора в океан. Этот элемент служит основным питательным веществом для фитопланктона, который активно поглощает CO₂ в процессе фотосинтеза. Когда микроводоросли погибают, они тонут, унося с собой углерод в донные слои. В тёплых водах, бедных кислородом, фосфор не осаждается навсегда, а возвращается в толщу воды, где снова используется живыми организмами. Так формируется замкнутый цикл: больше тепла — больше осадков и фосфора, больше планктона — меньше CO₂ и, в итоге, постепенное охлаждение планеты.
Главное отличие фосфорного механизма от кремниевого в его инерционности: он продолжает действовать даже после снижения температур, пока уровень питательных веществ в океане остаётся высоким. Это создаёт эффект «перекоррекции», когда планета, уже начав остывать, продолжает терять углерод, что может привести к более глубоким похолоданиям и запуску нового ледникового цикла. Именно таким образом Земля могла восстанавливаться после потеплений, вызванных крупными вулканическими выбросами.
Современные модели указывают, что антропогенные выбросы могут отложить наступление следующего ледникового периода на десятки тысяч лет. Однако исследователи полагают, что благодаря действию фосфорного термостата атмосфера вернётся к равновесным концентрациям углекислого газа быстрее, чем предполагалось ранее. На горизонте ста тысяч лет это способно компенсировать задержку и вернуть климатическую цикличность, характерную для последних миллионов лет истории планеты.
Учёные подчёркивают, что этот процесс не спасёт человечество от глобального потепления в обозримом будущем. Он проявляется только на масштабах, сравнимых с геологическими эпохами, и не способен остановить последствия роста CO₂ в ближайшие века. Однако открытие объясняет, почему климат Земли сохраняет устойчивость на протяжении миллиардов лет и как биологические и геохимические процессы совместно управляют долгосрочной эволюцией планетарного климата.