Роль выветривания суши в потреблении углерода и его влияние на глобальный углеродный цикл со времен последнего межледниковья

Почему древние породы важны для климата сегодня

Когда мы думаем об изменении климата, обычно представляем дымящиеся трубы и леса, но не медленное разрушение горных пород. Между тем то, как дождевая вода и корни растений растворяют поверхность суши, тихо переносит углерод из воздуха в реки и океаны, помогая стабилизировать климат Земли на десятки тысяч лет. В этом исследовании задают кажущеся простым вопрос: в период колебаний планеты между льдами и теплыми эпохами за последние 120 000 лет — насколько значимой была эта «погодная обработка» горных пород для глобального углеродного цикла и за подъёмы и падения атмосферного диоксида углерода (CO2)?

Новый способ воспроизвести 120 000 лет взаимодействия горных пород и воды

Авторы создали новый вычислительный каркас под названием PCM‑weathering, чтобы реконструировать, сколько CO2 поглощалось выветриванием пород на суше с последних межледниковых эпох — тёплого периода перед последним оледенением. Они объединили существующую глобальную модель растительности и углерода с подробными картами типов пород и модулем выветривания, реагирующим на температуру, осадки, атмосферный CO2 и величину суши, выступающей над уровнем моря. Это позволило отслеживать по ячейкам сетки, как леса, почвы и климат вместе способствовали растворению двух основных групп пород: силикатных (например, гранит и базальт) и карбонатных (например, известняк), каждая из которых имеет очень разные последствия для долгосрочного хранения углерода.

Два типа пород — два противоположных ритма

Моделирование показывает, что силикатные и карбонатные породы «шагают» в такт с разными климатическими ритмами. Выветривание силикатов, которое навсегда фиксирует атмосферный CO2 в новых морских минералах, было сильнее в тёплые влажные межледниковья и слабее в холодные сухие ледниковые периоды. Его глобальный углеродный захват варьировал примерно от 119 до 163 млн тонн углерода в год, с наибольшей активностью в влажных тропических регионах, таких как Амазонка, центральная Африка, Южная и Юго‑Восточная Азия и части южного Китая. Напротив, выветривание карбонатов, которое в основном возвращает CO2 обратно в атмосферу на более длительных временных шкалах, фактически усиливалось в эпохи оледенения. По мере падения уровня моря обширные континентальные шельфы, богатые карбонатными породами, оказывались открытыми в тропиках, особенно в Юго‑Восточной Азии, что позволяло большему объёму дождевой и почвенной воды их растворять и увеличивало выветривание карбонатов примерно до 303–320 млн тонн углерода в год во время ледниковых максимумов — почти вдвое по сравнению с некоторыми значениями в межледниковьях.

Климат, побережья и леса как скрытые рычаги

Проведя чувствительные эксперименты, команда выделила факторы, которые приводили к этим изменениям. Для силикатных пород главным регулятором в течение большей части последнего ледникового цикла оказался сам атмосферный CO2: при более высоких концентрациях CO2 растения росли интенсивнее, в почвах повышался CO2, что, в свою очередь, ускоряло разрушение пород. Осадки дополнительно усиливали этот эффект, тогда как более низкие температуры его замедляли. В более стабильном голоцене, однако, для выветривания силикатов важнее стали температура и осадки, чем CO2. Для карбонатов картина была иной: доминировал фактор величины обнажённой суши в периоды роста и отступания ледников и подъёма и падения уровня моря. Новообнажённые шельфовые зоны во время низких этажей моря становились очагами растворения карбонатов, тогда как при подъёме моря эти платформы погружались и их вклад уменьшался.

Тихая, но мощная роль выветривания в углеродном балансе

Суммируя потоки за полные ледниковые циклы, авторы обнаружили, что общее количество углерода, потреблённого выветриванием силикатов и карбонатов, значительно превышало чистые изменения запасов углерода в лесах, почвах и океанах. Как в последнем межледниковье, так и в последнем ледниковом периоде выветривание карбонатов удаляло примерно вдвое больше углерода, чем выветривание силикатов, с особенно большими поглощениями во время оледенений из‑за расширения открытых шельфов. Хотя большая часть CO2, поглощённого при выветривании карбонатов, в конечном счёте возвращается в атмосферу через океаническую химию, эти потоки всё равно перераспределяют углерод между сушей, морем и воздухом на тысячелетние сроки. Работа также показывает, что растительность сильно модулирует, где и когда выветривание наиболее интенсивно, подчёркивая важность тропических лесов как двигателей долгосрочного оттока углерода.

Что это значит для нашего будущего

Смотря в будущее, модель указывает, что по мере того как антропогенное потепление стимулирует рост растений и активность почв, химическое выветривание на суше усилится при всех сценариях будущих эмиссий. По высокоэмиссионным траекториям глобальные потоки выветривания силикатов и карбонатов могут более чем удвоиться к 2100 году. Это ускорение не компенсирует стремительные человеческие выбросы CO2 на человеческих временных шкалах, но послужит медленным естественным тормозом для атмосферного CO2 на многие тысячи лет. Основной вывод исследования для неспециалистов таков: каменистая кора планеты не инертна — это активная система, чувствительная к климату. По мере движения ледников, смещения береговой линии и расширения или сокращения лесов баланс между выветриванием силикатов и карбонатов постоянно перерабатывает углеродные балансы Земли, помогая сохранять климат в пределах пригодного для жизни диапазона в глубокой временной перспективе.

Цитирование: Xu, S., Wu, H., Yuan, Y. et al. The role of land weathering in carbon consumption and its impact on global carbon cycling since the Last Interglacial period. Sci Rep 16, 14575 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-44594-2

Ключевые слова: химическое выветривание, ледниково‑межледниковые циклы, углеродный цикл, силикатные и карбонатные породы, климатические обратные связи