Обитатели земных глубин. О самых странных существах на планете - Карен Ллойд

мерзлоте, и когда она тает, метаболическая активность подземных микробов может усиливаться, в результате чего углерод из почвы будет превращаться в метан и углекислый газ, а эти молекулы способствуют глобальному потеплению. Почти каждое лето оттаивают новые участки вечной мерзлоты, поэтому каждый год просыпаются новые слои микробов. И мы пока еще мало о них знаем, чтобы понимать, что они при этом делают. В настоящее время около 1600 миллиардов тонн углерода заключено в постоянно замерзшей почве в Сибири, Гренландии, Канаде, Антарктике, на Аляске, в высокогорной местности на более низких широтах и даже под водой3. Это количество примерно вдвое превышает содержание углерода в атмосфере, так что превращение всего этого углерода в газ привело бы к катастрофическим последствиям4.

К счастью, система гораздо сложнее. Последствия таяния вечной мерзлоты плохо предсказуемы, как и последствия многих других аспектов климатических изменений. Возможные сценарии колеблются от очень неприятных (весь углерод из почвы превратится в метан, мощно подстегнув дальнейшее потепление) до нейтральных (метан и диоксид углерода будут выделяться в некотором количестве, но потребляющие их микробы сумеют держать под контролем их выброс в атмосферу) и даже радужных (таяние вечной мерзлоты приведет к снижению уровня диоксида углерода в атмосфере за счет усиления активности хемолитоавтотрофов или стимуляции роста растений). Возможно, нам не придется испытать на себе эффект неконтролируемой положительной обратной связи между вечной мерзлотой и атмосферой. Скорее всего, единого ответа на вопрос о последствиях не существует, и последствия будут разными в зависимости от широты, высоты над уровнем моря, количества осадков и годовых колебаний температуры. И мы не получим ответ, даже если будем упорно размышлять над проблемой или полагаться исключительно на лабораторные эксперименты. Нам нужно продолжать анализировать то, что происходит в реальном мире.

Большинство современных сценариев глобального изменения климата вообще не учитывают влияние микробов, живущих в вечной мерзлоте. Дело не в том, что создатели моделей не слышали о микроорганизмах из вечной мерзлоты или считают, что они неважны. Просто модели глобальных климатических изменений пока еще не могут учитывать такие нюансы. Когда я нахожусь в Арктике под порывами ветра при температуре –50 °C, пробивая камни и разрывая хлипкие бурильные трубы, я накапливаю знания – не только о том, как обитатели земных недр выживают в таких суровых условиях, но и о том, могут ли они каким-то образом смягчить последствия климатических изменений или, напротив, поспособствуют нашей гибели. Когда модели будут готовы учитывать данные об обитателях земных глубин, мы тоже должны быть готовы предоставить им эти данные.

Микроорганизмы из вечной мерзлоты – не единственные обитатели земных недр, которые могут сыграть роль в современном климатическом кризисе. Нашими спасителями могут стать микробы из глубоких водоносных слоев и из небольших трещин в горных породах. Это не должно удивлять: значительная часть избыточных парниковых газов поступает в атмосферу от сжигания ископаемого топлива из земных недр. Поэтому одно из очевидных решений – заставить эти вредоносные газы вернуться туда, откуда они взялись, с помощью процесса, называемого “улавливание и хранение углерода” (сarbon capture and storage).

Главная загвоздка в том, что углерод вышел из-под земли в виде нефти и метана, а возвращаем мы его обратно в виде диоксида углерода. К счастью, многие типы горных пород готовы впитать в себя большие объемы углекислого газа, и некоторые страны, такие как Исландия, добиваются в этом деле значительных успехов, что раньше казалось невероятным5.

Для успешного улавливания и хранения углерод нужно удерживать глубоко под землей на протяжении тысячелетий или дольше, так чтобы он не мог попадать в атмосферу. Если бы недра Земли походили на пластиковый контейнер, мы бы просто закачивали туда углерод, садились и наблюдали, как стабилизируется температура атмосферы, а ледники возвращаются туда, где им полагается быть. Однако недра Земли – не полый резервуар. Кроме химических соединений в составе горных пород, которые способны взаимодействовать с закачанным диоксидом углерода, в каждой трещине и расселине живут находчивые подземные микроорганизмы. Эти микробы из земных глубин могут захватывать дополнительный углерод, поступающий в процессе улавливания и хранения, и помогать нам превращать его в твердые породы, что надолго перекроет ему доступ в атмосферу. Но они могут превратить этот углерод в породу слишком быстро, пока мы еще закачиваем его вниз, что затормозит процесс. Или станут использовать выделяющийся из горных пород водород и соединять его с диоксидом углерода с образованием метана, который будет улетучиваться и усугублять глобальное потепление, поскольку метан – более мощный парниковый газ, чем диоксид углерода. Пока мы попросту не знаем, что подземные микробы будут делать с углеродом, который мы закачиваем в недра Земли в попытках справиться с климатическими изменениями.

По некоторым предварительным данным, обитатели земных глубин не будут нашими союзниками в этом предприятии. Отдельные эксперименты с улавливанием и хранением углерода подтверждают, что подземные микроорганизмы начинают производить метан6. Однако другие исследования показывают, что в природных условиях обитатели земных недр участвуют в связывании диоксида углерода в виде карбонатных пород или потребляют его, примерно как это делают леса на поверхности Земли7. Такие микробы могли бы с радостью переварить весь лишний углерод. Если это так, нам первым делом нужно найти лучший способ улавливать углерод и перенаправлять им, а затем необходимо понять, в какой среде обитают самые правильные подземные микроорганизмы, чтобы вся затея прошла успешно. Пока мы только начинаем осознавать, что обитатели земных недр делают с подземными хранилищами углерода, но я все же надеюсь, что процесс улавливания и хранения в конечном итоге поможет нам ослабить влияние климатических изменений.

Глубоководная добыча

Однако нам нужно не только вернуть углерод обратно в землю, но и остановить его извлечение из недр. Мы можем получать энергию от солнца, ветра, приливов, температурных градиентов, плотин, растений и водорослей. Но чтобы возобновляемые источники энергии заменили ископаемое топливо, нужны гибкие условия хранения и транспортировки, для гибкости нужны хорошие аккумуляторы, а для хороших аккумуляторов – металлы. Как я уже упоминала, обитатели земных недр используют разнообразные металлы, многие из которых имеют коммерческое значение. Подземные микроорганизмы дышат этими металлами, в результате меняются их минеральные формы, а от них зависит, остаются ли металлы в почве и породах или вымываются оттуда. Кроме дыхания, обитатели земных глубин нуждаются в металлах для функционирования ферментов. Ферменты – моторы всех клеток, как микробных, так и человеческих, они осуществляют все без исключения клеточные функции, в том числе питание, дыхание, рост, производство токсичных продуктов и передвижение. Мы, люди, живем в богатой кислородом атмосфере,