Ученые из Национального Центра атмосферных исследований в США смоделировали резкое изменение климата на Земле на границе мела и палеогена. Оказалось, что выброс в атмосферу огромного количества сажи привел к резкому похолоданию и практически полной остановке фотосинтеза, в результате чего вымерла значительная часть животных, включая динозавров.
Около 66 миллионов лет назад на Земле произошло массовое вымирание животных, известное как мел-палеогеновое вымирание, в результате которого Земля лишилась около трех четвертей известных видов животных, в том числе практически всех сухопутных динозавров. Основной версией произошедшего сейчас считается падение 10-километрового астероида на полуостров Юкатан. Согласно существующей сейчас модели столкновения астероида с Землей, оно привело к большому количеству землетрясений, цунами и повышению вулканической активности. Кроме того, нагретые за время полета осколки астероида и образовавшиеся в результате столкновения базальтовые ударные сферулы вызвали глобальные пожары на значительной части земной поверхности. В результате них образовалось огромное количество (около 15 мегатонн) сажи, мелкие частички которой нагрелись и поднялись в верхние слои тропосферы.
В своей работе исследователи предприняли попытку смоделировать процессы, происходившие в климате Земли сразу после выброса такого огромного количества сажи в атмосферу. Для этого они усовершенствовали наиболее мощную современную климатическую компьютерную модель Community Earth System Model, дополнив ее компонентом для описания взвесей. Основываясь на известных количественных оценках для массы выброшенной в атмосферу сажи и ее химического состава и учтя одновременное испарение водяного пара, ученые смогли подробно описать, что происходило с климатом в течение 15 лет после падения астероида.
Проведенные вычисления показали, что выброс огромного количества сажи привел к значительному нагреванию верхних слоев тропосферы и резкому охлаждению ее вблизи земной поверхности. Падение температуры составило в среднем 11 градусов над океаном и 28 градусов над сушей. Кроме того, был разрушен озоновый слой, упал уровень осадков, и, главное, почти перестал доходить до поверхности Земли солнечный свет. Резкое падение температуры и отсутствие условий для фотосинтеза привело к тому, что мест, в которых можно было переждать неблагоприятные условия, практически не осталось, что, вероятно, и привело к массовому вымиранию животных. Ученым удалось показать, что к катастрофическим последствиям привел бы даже выброс сажи, в 20 раз меньше предполагаемого.
Карты освещенности поверхности Земли на второй год (сверху) и четвертый год (снизу) после падения астероида
Charles G. Bardeen et al. / PNAS, 2017
Моделирование показало, что 18 месяцев спустя «ночь» стала постепенно заканчиваться, а приблизительно через 7 лет после предполагаемого падения астероида верхние слои тропосферы полностью остыли, и водяной пар в них пересытился, что сразу привело к резкому увеличению количества осадков. В результате почти всю взвешенную в тропосфере сажу очень быстро прибило обратно к земле, и климат полностью нормализовался.
Авторы отмечают, что у использованной компьютерной модели есть ряд недостатков, например, она предполагает современное расположение континентов, кроме того, состав атмосферы (особенно содержание в ней углекислого газа) в конце мелового периода довольно сильно отличался от современного. Но несмотря на то, что учет этих эффектов может слабо повлиять на количественные оценки, качественного отличия в полученных данных он не даст.
