Определение начала геологической эпохи антропоцена

Антропоцен
Колин Уотерс И Саймон Тернер doi: 10.1126/science.ade2310
28 ноября · 4 минут чтения

Геологическая история Земли классифицируется хроностратиграфическими единицами, которые выделяют фазы в эволюции планеты, обобщая сложные биотические, геохимические и климатические изменения. За прошедшее столетие многие компоненты земной коры сильно подверглись изменениям, и теперь не встречаются в диапазонах, характерных для голоцена — геологической эпохи, начавшейся 11700 лет назад. Есть также отчетливые геологические следы, которые свидетельствуют о появлении геологической эпохи — антропоцена.

Рабочая группа по антропоцену (AWG), целевая группа Подкомиссии по четвертичной стратиграфии (SQS) и Международная комиссия по стратиграфии (ICS) работают над определением точного времени начала антропоцена. Предположительно — это середина 20 века. Перед группами стоит задача определять конкретные физические свойства в слоях отложений, отражающие последствия роста численности населения, беспрецедентной индустриализации и других факторов.

Определение хроностратиграфических единиц составляет основу Международной хроностратиграфической диаграммы (ICC), которая стандартизирует геологическую временную шкалу, например, момент начало и конец определенных периодов, идентификация эпох в пластах земной коры. Протоколы, установленные ICS для формализации хроностратиграфических единиц, нуждаются в определении глобальной границы стратотипического разреза и точки глобального стратотипа границы (GSSP). Это требует выбора единого ориентира для определения основания хроностратиграфической единицы, от которого можно добиться корреляции изохронной границы для антропоцена в глобальном масштабе. Учитывая разнообразие геологических модификаций, произошедших в разной среде, сложно найти единый GSSP, который мог бы наилучшим образом представить глобальный эталон антропоцена.

Кандидат на место антропоценового GSSP должен иметь, по крайней мере, один первичный стратиграфический показатель, который будет использоваться в качестве эталона для сопоставления границы на выбранном участке GSSP с другими местами на планете (см. рисунок). А также показатели указывающие на геохимические изменения — например, изотопы плутония, углерод-14 (14C), и δ15N [на основе соотношения изотопов азота-14 (14N)/15N] — или появление антропогенных частиц — например, сфероидальных углеродсодержащих частиц (SCP), которые представляют собой тип летучей золы, образующейся только при высокотемпературном сжигании угля или мазута (см. фото). В идеале, участок должен иметь точно датируемые слои, чтобы привязать начало антропоцена к определенному году. Пласты земной коры, извлекаемые, в основном, в виде керна на стоянках, должны точно фиксироваться по времени, без пробелов или нарушений в критическом пограничном интервале голоцена и антропоцена. Также необходимо сохранить всю часть керна (для использования в будущем). Исследуемый участок должен быть доступным, чтобы при необходимости можно было извлечь дополнительные керны.

Основываясь на многолетних исследованиях, AWG предложила в качестве кандидатов 12 участков. В дополнение к глобально важным стратиграфическим показателям (изотопам плутония, 14 C, δ 15 N и SCP) были проанализированы многочисленные региональные показатели, включая микропластик, тяжелые металлы и даже биологические интродуцированные виды. Членам AWG поручено выбрать одного кандидата GSSP.

Два участка-кандидата находятся в морских отложениях — один в Балтийском море, а другой в прибрежном заливе Беппу в Японии. Для антропоцена подходящие морские отложения должны иметь достаточную скорость накопления, находиться в контакте с бескислородными придонными водами, чтобы ограничить биотурбацию (нарушение живыми организмами), и не подвергаться «антропотурбации», т. е. деятельности человека, например траловому промыслу. Дно Балтийского моря, как и дно залива Беппу содержат темные, богатые углеродом илы и глины толщиной в десятки сантиметров, при этом дно в заливе Беппу демонстрирует сезонную слоистость.

На обоих участках слои залегают над более светлыми, слабослоистыми отложениями голоцена, и эвтрофикация, вызванная деятельностью человека отражается в заметных текстурных и составных изменениях в слоях наряду с несколькими другими показателями антропоцена, включая δ13C (на основе соотношения 13C/ 12C), δ15N, SCP, микропластик и пестициды.

Места-кандидаты для определения начала антропоцена

Места-кандидаты для определения начала антропоцена

Образцы керна с 12-ти участков-кандидатов содержат различные маркеры геохимических изменений и антропогенного воздействия. Глобально важные стратиграфические маркеры из каждого образца керна включают сфероидальные углеродсодержащие частицы (SCP), изотопы плутония, углерод-14 (14C) и δ15N [на основе соотношения изотопов азота-14 ( 14N) / 15N]. Линии показывают полный диапазон присутствия каждого маркера в ядре. Точка быстрой смены нескольких маркеров обеспечивает хронологическую корреляцию между сайтами.

Два участка-кандидата относятся к коралловым рифам — Западному берегу Цветочного сада (Мексиканский залив) и рифу Флиндерс (Коралловое море, Австралия). Находящиеся здесь скелеты долгоживущих кораллов можно отнести точно к 1750-м и 1700-м годам соответственно. На обоих участках отчетливо видны последствия увеличения сжигания ископаемого топлива, приводящие к более отрицательным значениям δ13C и другим косвенным признакам, указывающим на повышение температуры поверхности моря.

Также в роли кандидатов были предложены три участка озер: меромиктическое озеро Кроуфорд в Канаде, в котором практически отсутствует циркуляция водных слоев; Озеро Сихайлонгван в Китае, представляющее собой кратерное озеро с сезонно стратифицированной водной толщей и самым нижним бескислородным слоем; и водохранилище Сирсвилл в США, образованное плотиной в 1892 году.

Дно озера Кроуфорд свидетельствует о европейской колонизации, а также о серьезных экологических изменениях в микрофоссилиях с 1950-х годов. Озеро Сихайлунван более удалено и не имеет очевидных антропогенных сигналов в голоцене. Но, к сожалению, в озере повышенная концентрации сажи, SCP, тяжелых металлов, и полициклических ароматических углеводородов (ПАУ), образующихся в результате сжигания ископаемого топлива и промышленных выбросов.

В водохранилище Сирсвилл обнаружен ил, скопившийся в результате сезонных штормов и двух землетрясений. Наличие здесь SCP, полихлорированных бифенили пестицидов также отмечают антропоцен.

Следующий на очереди — ледяной керн Палмера с Антарктического полуострова. Ледяные керны ранее были выбраны для определения GSSP для двух подразделений голоцена. Размеры керна со стоянки Палмера являются самыми внушительными среди других кандидатов, его длина около 32 м, а это значит, что здесь больше материалов для анализа, учитывая низкие концентрации некоторых показателей в столь отдаленных условиях. В этих местах характерны экстремальные снегопады в течение антропоцена, ускорение концентрации атмосферного метана и небольшое количество SCP.

Керн из верхового омбротрофного торфяника получает воду и питательные вещества из атмосферы недалеко от горы Снежка в Судетах, Польша. Торф с участка свидетельствует об увеличении летучей золы от тепловых электростанций, появлении пыльцы от интродуцированных растений и возмущении в δ13C и δ15N.

Три предложения оказались менее благоприятными в качестве участка GSSP: пещера Эрнесто в Италии, устье залива Сан-Франциско и участок антропогенных отложений в центральной части Вены. Пещера Эрнесто богата сталагмитами толщиной всего 4 мм, здесь насчитывается 14C углерода и серы, показатели отстают на 1-2 десятилетия из-за того, что растительность и почва здесь задерживают атмосферные сигналы.

Устье залива Сан-Франциско было первоначально предложено потому, что оно имеет одну из лучших историй о необиотических видах, более половины которых были интродуцированы после 1960 года. Однако из-за неточностей определения возраста этот участок также не рассматривался как GSSP. Окончательно, участок антропогенных отложений в центре Вены отражает развитие города и может быть датирован артефактами, в том числе обломками времен Второй мировой войны. Он обеспечивает почти 200-летнюю историю ярко выраженных городских изменений. Однако из-за заметных пробелов во временном интервале участок в Вене также не подходит в качестве GSSP.

Вместе эти 12 мест дают разнообразный взгляд на геологическую реальность антропоцена. Несмотря на то, что региональные сигналы от промышленных и сельскохозяйственных процессов демонстрируют временные вариации в масштабе десятилетий, глобальные сигналы дают более четкие временные промежутки в определении возрастов того или иного участка. Следовательно, основание слоев, отмечающих начало антропоцена, может быть распознано и соотнесено между всеми участками, будь они на суше или в воде. Например, одним из таких показателей является резкий приток изотопов плутония, вызванных серией испытательных взрывов водородных бомб, начавшихся в конце 1952 года.

Углерод

Изображение, полученное с помощью электронной микроскопии, показывает сфероидальную углеродистую частицу (SCP) диаметром около 40 мкм из озера Кроуфорд, Канада. Фото: Сара Робертс

AWG выберет своего кандидата на место GSSP на основе сравнения надежности хронологии земной коры и четкости физических показателей начала антропоцена. Возрасту будет приписываться то или иное имя. Например, если выбрано озеро Кроуфорд, то нынешняя эпоха может быть названа эпохой Кроуфорда, которая будет первой эпохой антропоцена. Выбранный уровень GSSP на участке будет использоваться для точного определения начала антропоцена.

Голосование AWG пройдет в конце 2022 года. Далее последует голосование SQS, затем ICS и, наконец, голосование Международного союза геологических наук (IUGS). Только тогда Антропоцен будет официально утвержден в качестве компонента МКК. В случае одобрения антропоцен будет иметь фиксированное научное определение с точной датировкой. Это поможет исследовать последствия человеческой деятельности в условиях нынешней урбанизации на фоне предшествующего голоцена.

Читайте также: