Работа палеоклиматолога вращается вокруг принципа, что прошлое обеспечивает контекст и ограничения для лучшего понимания будущего. Знание того, насколько сильно потеплела планета, когда содержание углекислого газа в атмосфере было таким же или более высоким, чем сегодня, дает представление о возможных будущих траекториях климата при повышении концентрации парниковых газов.
Эту информацию нам предоставляют земные архивы: ледяные керны, кольца деревьев, океанические отложения, сталактиты и сталагмиты в пещерах, кольца роста в кораллах, бивнях и моллюсках. Эти архивы накапливают память за периоды времени от месяцев до миллионов лет, позволяя нам увидеть спектр изменений на Земле в различных временных и пространственных масштабах — как биология, океан и лед реагируют на изменение климата в характерных чертах, а также точки, в которых эти системы переступают пороговые значения.
Это один из самых важных моментов, которые дают палеоклиматические архивы: они показывают нам, как ломается реальный мир. Как устойчивость превращается в катастрофический обвал. Они показывают нам края и асимметрии климатической системы: пороги терпимости в экологических сетях; медленный устойчивый бег диверсификации и быстрый спуск вымирания; длительные временные рамки, необходимые для роста ледяных щитов, накапливающих миллионы лет памяти, и то, как быстро они могут таять, превращая историю в штормовые потоки, которые размывают берега нашего будущего.
В геологии «несоответствие» представляет собой отклонение в нормальном накоплении осадочных пород, сбой в учете истории Земли. «Пласт амнезии в геологической летописи, когда вышележащая порода, значительно более молодая, чем та, что лежит ниже, представляет собой некий разрыв в непрерывной истории формирования», — так определил это явление писатель и поэт Ким Стаффорд.
Самая длинная лакуна в истории Земли известна как Великое несоответствие. Она представляет собой временной разрыв от ста миллионов лет до более миллиарда лет, в зависимости от местоположения. Она видна в Большом Каньоне как граница между докембрийским сланцем Вишну и кембрийским песчаником Тейпитс, между которыми пропущен миллиард лет примерно между 1 600 и 600 миллионами лет назад. Глядя на эту линию в пластах, трудно представить себе все, что могло случиться в течение этой огромной пропасти времени, о которой просто ничего не известно. Если вместо этого исчез бы последний миллиард лет, то это уничтожило бы всю историю сложной жизни. Не осталось бы следов ни одного животного, когда-либо ходившего по земле. Ни динозавров, ни китов, ни людей, ни пирамид.
Как может исчезнуть миллиард лет? Великое несоответствие долгое время оставалось геологической загадкой, в немалой степени потому, что это сложная задача — реконструировать историю, когда записи о ней отсутствуют.
Оказывается, ледяные щиты — хорошие измельчители. Последние исследования показывают, что Великое несоответствие может быть результатом «снежной Земли» — когда планета погрузилась в глубокий холод (около 700 миллионов лет назад), и ледники покрыли большую часть суши. Миллиарды лет истории были перемолоты льдом и снесены бульдозером на морское дно, где они были погружены в мантию Земли и переработаны в магму, готовую к переделке в новую историю — хотя и с несколькими скрытыми остатками прошлого, надежно хранящимися в подземных кристаллах.
Хотя эрозионное действие ледниковых покровов, возможно, стало причиной самого крупного несоответствия в литосфере Земли, сами ледниковые покровы являются одними из лучших банков памяти на нашей планете. Гренландия хранит более 100 000 лет истории. Антарктида — более миллиона. Эти ледяные щиты написаны ежедневной погодой, каждая снежная буря сгущается в зубчатые ритмы циклов ледникового периода, которые неуклонно складываются в горы высотой в милю — большой мозг нашей планеты, расположенный на полюсах.
Ледяные щиты могут вспомнить крупные вулканические извержения, которые происходили на протяжении их жизни, и изменения погоды в те годы. Антарктида помнит уровень углекислого газа в атмосфере 800 000 лет назад и его естественные колебания с тех пор — неизменно ограниченные максимумы и минимумы ледниковых и межледниковых циклов, и ужасающий отход от этих границ в последние десятилетия. Гренландия помнит, когда римляне начали выплавлять серебро, когда токсичная свинцовая пыль оседала на лед; она также знает, когда Рим пал – о том гласит прекращение выпадения этой пыли. Информация лучше всего сохраняется во льду.
Но мировые ледники сегодня теряют свою историю. Горные ледники отслаиваются по краям, как тлеющая бумага, а Гренландия сбрасывает миллион тонн в минуту. В плохие дни воды достаточно, чтобы затопить целые государства. С 1994 по 2017 год в мире было потеряно 30 триллионов тонн льда, и ситуация только начинает ухудшаться. В августе 2021 года на вершине Гренландии прошел дождь. В память об этом событии образуется слой талой воды — страшный знак для вершины ледяного щита. Прибрежные районы Гренландии стали слишком слякотными для бурения, что не позволяет ученым извлекать ледяные керны в этих районах, делая историю страны недоступной.
Антарктида пробуждается медленнее всех, но ледяные щупальца, которые тянутся к гиганту, чтобы причалить к нему, начинают соскальзывать. Эти плавучие ледяные шельфы простираются от места, где ледяной щит прикреплен к коренным породам, помогая стабилизировать внутреннюю часть, но теперь они начинают ослабевать под воздействием потепления океана и подъема уровня моря. По мере того, как ледяные шельфы разрушаются, лед ускоряет свой спуск в океан, повышая уровень моря.
В 2022 году на Арктику и Антарктику обрушились двойные волны жары, температура поднимется почти на 40 градусов Цельсия выше обычного. Шельфовый ледник Конгер в Восточной Антарктиде окончательно распрощался с жизнью после этой тепловой волны. Западная Антарктида долгое время считалась более уязвимой в плане скорой потери ледяного шельфа, но теперь и Восточная начинает проявлять свою слабость. Жара легко справляется с забывчивостью.
В биосфере устойчивость глубоко переплетена с памятью — это способность системы найти путь обратно к равновесному состоянию после возмущения, для чего требуется память о предыдущих состояниях. Например, экологическую память в лесных экосистемах можно представить как содержащую «информационное и материальное наследие», которое определяет стратегии адаптации к возмущениям, таким как пожар, засуха или изменения температуры. Материальное наследие включает семена, прорастающие после пожара, и мертвые бревна, которые становятся домом для растений и грибов.
Однако материальное наследие может быть утрачено или уменьшено при изменении условий окружающей среды. Часто эти изменения происходят по вине человека, например вымирание видов или внедрение инвазивных. Эти изменения могут привести к возникновению «долга устойчивости» — снижению способности системы к восстановлению. Однако этот долг становится очевидным только после того, как экосистема нарушена. Учитывая, что экосистемы естественным образом реагируют на изменения окружающей среды медленно, от десятилетий до столетий, эти изменения наблюдатели могут принять за устойчивость, что затрудняет прогнозирование будущих реакций на новые возмущения.
Важность памяти заключается не только в содержащейся в ней информации. В системе Земли компоненты с большой памятью действуют как буферы для краткосрочной изменчивости. Они являются формой инерции, замедляющей первоначальную реакцию на возмущение. Океаны поглощают атмосферное тепло и углекислый газ; леса охлаждают окружающую среду посредством поглощения углерода и эвапотранспирации — процесса, который переносит воду обратно в атмосферу и помогает стабилизировать гидрологический цикл. Ледяные щиты поддерживают прохладу на планете благодаря высокому альбедо — измерению того, сколько света отражается от их поверхности. По мере таяния ледяных покровов Земля поглощает больше солнечного излучения, что приводит к повышению температуры и усилению таяния в рамках положительной обратной связи.
Но сложность памяти — это еще и то, что заставляет ее терпеть неудачу, когда она выходит за свои пределы. Та же структура, которая может стабилизироваться при небольших возмущениях, может катастрофически разрушиться, когда темпы и масштабы изменений становятся слишком большими.
До наступления переломного момента в сложной системе существуют сигналы раннего предупреждения, которые можно обнаружить. Наиболее широко применимым из этих сигналов раннего предупреждения является «критическое замедление» — явление, с которым мы все знакомы, когда компьютер дает сбой, и вместо того, чтобы прислушаться к последствиям снижения вычислительной мощности, мы в расстройстве бьем по клавишам, удваивая свои требования, пока компьютер не отключится. Именно в такие моменты наиболее вероятна потеря информации, если она не была сохранена в долговременном хранилище.
Критическое замедление указывает на то, что система теряет способность достигать прежнего равновесия и вместо этого притягивается или втягивается в альтернативное состояние. Это потеря устойчивости, потеря отрицательной обратной связи, которая помогает поддерживать стабильность системы. Различные подсистемы, чувствительные к пороговым значениям, такие как тропический лес Амазонки, уже демонстрируют признаки критического замедления.
Учитывая сложность системы Земли, трудно представить себе масштабы потери информации, происходящей в настоящее время. Однако есть попытки количественно оценить потерю памяти в системе.
В одной из моделей, где стрессовым фактором являются антропогенные выбросы CO2, а нагрузкой на систему является способность суши и океана связывать углерод, исследователи показывают, что последняя по своей природе медленнее первой. По их оценкам, к 1959 году 60 процентов памяти Земли уже деградировало, и способность Земли к накоплению памяти была нарушена, что снизило ее способность реагировать на стрессы в рамках естественного режима напряжения и деформации. Оценки устойчивости в этой модели — родственной критическому замедлению — растут, сигнализируя об отходе от границ естественного режима Земли задолго до 2050 года, если стрессоры, связанные с ростом содержания углекислого газа в атмосфере, продолжат свою нынешнюю траекторию. Океан тоже теряет память, увеличивая изменчивость и снижая предсказуемость будущих температурных режимов.
Неразрешимая проблема, с которой мы сталкиваемся, заключается в асимметрии временных масштабов: для создания памяти требуется время, но она может быть стерта в геологический миг. Как и многие другие вещи, которые мы принимаем как должное, эти стабилизирующие силы трудно заметить, пока они не исчезнут. Когда мы отвязываемся от якорей прошлого, будущее становится неподъемным.
Границы памяти Земли подвергаются серьезному испытанию. Биоразнообразие резко сокращается. Сложные экосистемы, содержащие библиотеки генетической информации — потенциальные аптечки для лечения болезней, которые еще не излечены, — превращаются в монокультуры. Темпы вымирания в последние десятилетия в 10–100 раз выше, чем за последние 10 миллионов лет, и в ближайшие десятилетия вымирание грозит более чем 1 миллиону видов. Вымирание представляет собой окончательную потерю памяти: конец строки для информации, которая непрерывно записывалась в живой библиотеке Земли в течение сотен миллионов лет.
Дикие пожары уничтожают древние леса и целые города — тысячелетние истории, заключенные в высоченных красных деревьях, смешиваются с десятилетиями человеческой истории, раздуваясь в пирокумулятивные облака, которые пробивают стратосферу подобно извержениям вулканов. Эти обугленные ландшафты встречаются в Калифорнии повсюду: шрамы от ожогов тянутся от гор Санта-Круз до океана. Хребты северной Сономы похожи на бритую собачью спину из щетинистых спичечных палочек. Вороны сидят на черных корягах манзаниты. Через перевал Эхо Саммит под углами разбросаны угольные сучья, единственное свидетельство того, что здесь когда-то стояли дома, — каменные дымоходы, стоящие в пепле, как древние каирны на заброшенных ландшафтах.
Повсюду на Земле тлеет амнезия. Пепел из наших древнейших библиотек обрушивается на нас, превращаясь в ядовитый дым, который кружит над земным шаром, затемняя ледники, ускоряя их таяние, отправляя тысячи лет истории в океан, где она неуклонно поднимается вверх, размывая берега нашего будущего. Те, кто не может избавиться от дрожи дурного предчувствия, всегда искали мудрости в прошлом, и вдруг наступает жуткая тишина — пни истории больше не говорят.