Как узнать погоду миллион лет назад? Ответ нашли в растении, которое растет почти везде

Представьте себе растение. Оно настолько древнее, что видело первых неуклюжих амфибий, выползающих на сушу, пережило расцвет и падение динозавров, и спокойно росло, пока по планете разбредались наши предки. Это не выдумка из фантастического романа, а самый обычный хвощ — растение, которое многие из нас видели на влажных лугах или по берегам рек, даже не подозревая, какую невероятную историю оно в себе таит.

Оказывается, этот живой реликт, существующий на Земле около 400 миллионов лет, скрывает в своих скромных стеблях ключ к разгадке климатических тайн прошлого и настоящего. И всё дело в том, как он обращается с водой.

Так в чём же загадка? Немного об изотопах

Чтобы понять всю соль открытия, нужно разобраться в одной маленькой, но важной детали — изотопах. Вода, как мы помним из школьной химии, это H₂O. Но не все атомы кислорода (тот самый «О») одинаковы. Большинство из них — «легкие», с восемью нейтронами. Но в природе встречаются и их «тяжеловесные» собратья — редкие изотопы с девятью или десятью нейтронами.

Что это меняет? А вот что: когда вода испаряется, легкие молекулы улетучиваются охотнее, чем тяжелые. Представьте, что вы подбрасываете в воздух горсть пуха и мелких камешков — пух взлетит выше и улетит дальше. Точно так же и с водой: пар всегда немного «легче» той воды, из которой он образовался. Этот процесс называется изотопным фракционированием, и он оставляет в воде уникальный «отпечаток», по которому ученые, словно по отпечаткам пальцев, могут восстановить её историю: была ли она дождем, туманом или почвенной влагой.

Но была одна проблема. Данные, которые ученые получали в реальных условиях, например, в пустынях, никак не хотели сходиться с их лабораторными моделями. Что-то в природе работало не так, как в пробирке, и это «что-то» сильно искажало результаты, ставя исследователей в тупик.

Инженерное чудо прямиком из девона

И вот тут-то на сцену выходит наш герой — хвощ. Его полый, состоящий из отдельных сегментов стебель оказался настоящим природным шедевром инженерной мысли. Как метко подметил исследователь Закари Шарп, это «метровый цилиндр с миллионом равномерно расположенных отверстий», который невозможно воссоздать в лаборатории.

Когда вода поднимается по этому стеблю, она проходит через сегменты, как через ступени перегонного аппарата. На каждой «ступени» часть воды испаряется, и процесс изотопного фракционирования повторяется снова и снова. Легкие изотопы улетучиваются, а оставшаяся в стебле вода становится всё более «тяжелой».

Но самое поразительное происходит на самой верхушке. К тому моменту, как вода добирается до конца своего пути, она проходит через такое количество циклов дистилляции, что её изотопный состав становится абсолютно аномальным. Настолько, что, по словам Шарпа, если бы ему просто дали такой образец, он бы решил, что это вода из метеорита, а не с Земли.

От пустынных аномалий к идеальной модели

Это открытие стало для команды Шарпа настоящим прорывом. Хвощ предоставил им то, чего не могли дать лабораторные установки, — модель практически идеального, многоступенчатого процесса испарения в природе.

Измерив, как меняется состав воды на каждом участке стебля, ученые получили эталонные данные. Они внесли эти новые, сверхточные значения в свои климатические модели, и — эврика! — все странные аномалии, которые они наблюдали в данных из пустынь, внезапно обрели простое и логичное объяснение. Загадка была решена.

Привет из прошлого: как измерить влажность юрского периода

Но самое интересное ждало впереди. Ведь если современные, метровые хвощи способны на такие фокусы, то на что были способны их предки? А предки у них были что надо — гигантские, 30-метровые деревья, которые формировали целые леса во времена динозавров.

Именно здесь исследование превращается в настоящую машину времени. Дело в том, что в стеблях хвощей содержатся микроскопические частицы кремнезёма — фитолиты. Это, по сути, крошечные стеклянные «скелеты» растительных клеток, которые прекрасно сохраняются в окаменелостях миллионы лет.

Фитолиты, формируясь, «запечатывают» в своей структуре изотопный состав той воды, которая была в растении в тот самый момент. А мы уже знаем, что этот состав напрямую зависит от интенсивности испарения. Чем суше воздух вокруг, тем сильнее испарение и тем сильнее меняется изотопное соотношение.

Что это значит? А то, что, проанализировав фитолиты из древних окаменелых хвощей, мы можем с поразительной точностью определить, какой была влажность воздуха в юрском или меловом периоде! Ученые получили в свои руки «палеогигрометр» — прибор для измерения древней влажности. Теперь мы можем не просто предполагать, а знать, насколько влажным был воздух, которым дышали динозавры.

Так скромный хвощ, пережиток давно ушедших эпох, оказался бесценным свидетелем. Он не только помог решить современную научную головоломку, но и дал нам новый инструмент, чтобы заглянуть в глубокое прошлое нашей планеты. И кто знает, сколько ещё подобных открытий прячется у нас под ногами, в самых обычных и неприметных уголках природы.