Daniel Rothman työskentelee Massachusetts Institute of Technologyin maa-, ilmakehä- ja planeettatieteen osaston ylimmässä kerroksessa – suuressa betonirakennuksessa, joka sijaitsee Cambridgeissa ja josta avautuu näköala Charles-joelle. Koulutukseltaan matemaatikko Rothman tutkii monimutkaisia järjestelmiä, ja hän on löytänyt kiehtovan aiheen Maan käyttäytymisestä. Erityisesti hän tutkii planeetan hiilikierron kaukaisessa menneisyydessä, etenkin harvinaisina ajanjaksoina, jolloin se ylitti kriittisen kynnysarvon ja ajautui hallitsemattomasti kierteeseen, joka vei satoja tuhansia vuosia tasapainottua.
Koska kaikki maapallon elämä perustuu hiileen, merkittävät häiriöt hiilikierrossa tunnetaan paremmin laajamittaisina sukupuuttoina. Geologit ovat tehneet viime vuosikymmeninä huolestuttavan löydön: monet Maan joukkosukupuodoista – mukaan lukien pahin koskaan – eivät johtuneet asteroiditörmäyksistä, kuten ennen uskottiin, vaan massiivisista tulivuorenpurkauksista, jotka vapauttivat katastrofaalisia määriä CO₂-päästöjä ilmakehään ja valtameriin.
Jos liian paljon hiilidioksidia vapautuu liian nopeasti, se voi ylittää hiilikierron käsityskyvyn ja laukaista planeetan kiertokulun. Maan luonnolliset prosessit voivat sitten vahvistaa ongelmaa, vapauttaen entistä enemmän hiiltä ja lähettäen ilmaston tuhoisaan kierteeseen, joka kestää 100 000 vuotta ennen kuin vakaus palaa. Ei ole merkitystä, olivatko CO₂-pitoisuudet aluksi korkeita vai matalia – muutoksen nopeudella on ratkaiseva merkitys. Nopea kasvu voi johtaa katastrofiin.
Hiilikierto pystyy normaalisti käsittelemään tulivuorien hitaan, tasaisen hiilidioksidin vapautumisen miljoonien vuosien aikana, siirtäen hiiltä ilman, valtamerten ja elävien organismien välillä, ennen kuin se lopulta palaa maaperään. Mutta jos valtava määrä hiiltä vapautuu hyvin lyhyessä ajassa – nopeammin kuin planeetta pystyy sitomaan – se voi laukaista ketjureaktion, joka on paljon tuhoisampi kuin alkuperäinen tapahtuma. Saattaa olla olemassa kriittinen kynnysarvo, joka erottaa tavalliset lämpenemistapahtumat, joihin elämä pystyy sopeutumaan, ja hallitsemattomat sukupuutot.
Vaikka on kulunut yli 60 miljoonaa vuotta siitä, kun Maa viimeksi yltti tällaisen kynnyksen, Rothmanin tutkimus viittaa siihen, että olemme nyt työntämässä planeettaa kohti samaa vaarallista polkua. Kun ylitämme tuon rajan, joukkosukupuutto voi tulla väistämättömäksi, vaikka sen täydellinen toteutuminen veisikin tuhansia vuosia.
Maan historian aikana on ollut vain muutamia tapoja vapauttaa valtavia määriä hiiltä maankuooresta ilmakehään: harvinaiset, massiiviset tulivuoritoiminnat, jotka tapahtuvat noin 50 miljoonan vuoden välein, ja – niin pitkälle kuin tiedämme – teollinen kapitalismi, joka on tapahtunut vain kerran.
Joukkosukupuutot eivät ole pelkkiä erittäin pahoja tapahtumia. Ne eivät ole sivilisaatiota häiritseviä pandemioita, kuten COVID-19, joka tappoi alle 1 % yhdestä kädellislajista. Ne eivät ole kuin neljänneksen maailman kasvillisuuden menetys tai jäätikkö, joka steriloi suuren osan Pohjois-Amerikasta 20 000 vuotta sitten. Ne eivät ole edes supertulivuorenpurkauksia, jotka – vaikka pystyvät tuhoamaan modernia yhteiskuntaa – eivät ole vaikuttaneet pysyvästi maailmanlaajuiseen biodiversiteettiin. Nämä kaikki ovat osa elämän normaaleja haasteita Maassa. Elämä on kestänyt ne aiemmin. Jos se olisi haavoittuvainen sellaisille rutiininomaisille häiriöille, jotka ovat osa arkea tulivuoriplaneetalla. Mutta vaikka Maa on luja maailma, sinnikäs kaikenlaisille kuvittelemattomille rasituksille, joita se säännöllisesti kestää, joka 50–100 miljoonan vuoden välein tapahtuu jotain todella katastrofaalista. Nämä ovat suuria joukkosukupuuttoja, jolloin olosuhteet planeetan pinnalla muuttuvat kaikkialla niin vihamielisiksi, että ne ylittävät lähes kaiken monimutkaisen elämän sopeutumiskyvyn.
Viidesti eläinten elämän historiassa tämä tuho on saavuttanut – ja yhdessä tapauksessa ylittänyt kauas – hieman mielivaltaisen 75 % Maan lajeista tuhoavan kynnyksen, ansaiten "suuren joukkosukupuuton" tittelin. Paleontologit viittaavat näihin Viisikkoon, vaikka fossiilien löydöt osoittavat myös kymmeniä muita, vähemmän vakavia joukkosukupuuttoja. Viimeisimmistä Viidikosta iski 66 miljoonaa vuotta sitten, maailmanlaajuinen katastrofi, joka oli riittävän vakava lopettaakseen jättiläisdinosaurusten valtakunnan.
Se jätti jälkeensä 110 mailin levyisen kraatterin, joka löydettiin vuonna 1978 Meksikon Yucatánin niemimaan alla maatalousyhtiö Pemexille työskentelevien geofyysikoiden toimesta. Kraatterin koko ja muoto viittasivat siihen, että kuusi mailia leveä asteroidi kaivoi välittömästi 20 mailin syvän reiän maahan. Kolme minuuttia myöhemmin erittäin väliaikainen, 10 mailia korkea, räjähtävästä sulasta graniitista koostuva vuorijono nousi ylöspäin. Sekasorrossa 76 % eläinlajeista tuhoutui.
Verrattuna siihen vahinko, jonka ihmiset ovat aiheuttaneet muulle elävälle maailmalle, on toistaiseksi suhteellisen vaatimaton, vastaten ehkä alle 10 % kadonneista lajeista. Ainakin toistaiseksi. Paleobiologi Anthony Barnoskyn vaikutusvaltaisen luonnon tutkimuksen mukaan vuodelta 2011, jos jatkamme nykyisellä sukupuottomme, voimme kiihtyä jo hälyttävästä tasostamme – vähäisestä joukkosukupuutosta – kuudenteen suureen joukkosukupuuttoon vain kolmessa vuosisadassa tai jopa 11 330 vuodessa. Tuleville geologeille se ei näyttäisi erilaiselta kuin asteroiditörmäys. Vielä huolestuttavampaa on, että matkalla saattaa olla kynnysarvoja, joissa maailman jäljellä olevat lajit katoavat lähes kaikki kerralla, kuten sähköverkon solmut, jotka epäonnistuvat yhdessä romahduksen aikana.
Ottaen huomioon, kuinka tuhoisa ihmisen vaikutus biosfääriin on jo ollut, on karmivaa ajatella, että pahin joukkosukupuutostamme saattaa olla edelleen edessä.
Yksi ajanjakso planeettamme historiassa erottuu ainutlaatuisen opettavaisena – ja ainutlaatuisen kaoottisena, epävakaina ja tappavana – kun kyse on CO2-ylikuormituksesta. 300 miljoonaa vuotta sitten Maa menetti toistuvasti hallinnan hiilikierrostaan ja kesti 90 miljoonaa vuotta joukkosukupuuttoja, mukaan lukien kaksi kaikkien aikojen pahinta maailmanlaajuista katastrofia, joita molempia ajoi CO2. Yhdessä tapauksessa planeetta melkein kuoli. Paleontologi Paul Wignall kuvaili sitä antautumiseksi "ilmailulle, jolla on vertaansa vailla oleva pahuus". Permikauden lopussa, 252 miljoonaa vuotta sitten, Siperiasta purkautui tarpeeksi laavaa ja vuoti maankuoreen hautaakseen Yhdysvaltain alemman 48 osavaltion kilometrin paksun kiven alle.
Kilometrin syvyyteen.
Näiden muinaisten laavavirtojen jäänteet tunnetaan nimellä Siperian laakat. Nykyään ne muodostavat dramaattisia jokikanjoneita ja mustan kiven ylänköjä Venäjän syrjäisessä boreaalisessa erämaassa. Niitä synnyttäneet purkaukset, jotka kattoivat Siperian kerran 2 miljoonalla neliömaililla höyryävää basalttia, kuuluvat harvinaisten jättiläisten luokkaan, jota kutsutaan suuriksi magmaprovinssseiksi (LIP).
LIP:t ovat ylivoimaisesti vaarallisimpia ilmiöitä Maan historiassa, ja niillä on paljon tuhoisampi menestystarina kuin asteroideilla. Nämä kerran aikakaudessa tapahtuvat, planeetan tuhoavat tulivuoret ovat täysin erilaisia kuin tyypilliset purkaukset, kuten Tambora, Mount Rainier tai Krakatau – tai jopa Yellowstone. Kuvittele, jos Havaiji olisi muodostunut ei yli kymmenien miljoonien vuosien aikana hajallaan Tyynenmeren yli, vaan kaikki kerralla lyhyessä, väkivaltaisessa purkauksessa. Alle miljoonassa vuodessa, ja kaikki yhdellä alueella – toisinaan jopa puhkeamalla mantereiden keskusten läpi – nämä massiiviset tulivuoritoiminnat, joita kutsutaan suuriksi magmaprovinssseiksi (LIP), ovat Maan dramaattinen muistutus siitä, että ohut kivinen kuoremmme ja sen peittämä herkkä elämän kerros lepäävät pyörivän, välinpitämättömän planeettamoottorin päällä. Täällä valtavat kivivirrat vetävät kokonaisia valtamerilaattoja planeetan ytimeen tuhottavaksi ja uudelleenluotavaksi. Kun tätä prosessia häiritään, LIP:t purkautuvat kuin tektoninen ruoansulatusvaiva, tulvien laaja-alaisia alueita tulivuorikivellä. Jos nämä purkaukset ovat tarpeeksi suuria ja nopeita, ne voivat hävittää maailman.
Permikauden lopussa, historian suurimman joukkosukupuuton aikana, nämä purkaukset olisivat tuottaneet pelottavia räjähdyksiä, aiheuttaen todennäköisesti lyhyitä tulivuoritalvia ja happosateita. Elohopeamyrkytykset olivat laajalle levinneitä, myrkyllisten fluorin ja kloorikaasujen ohella – samankaltaisia kuin ne, jotka tukehuttivat sotilaita ensimmäisen maailmansodan juoksuhaudoissa. Kaikkein tärkeintä ja katastrofaalisinta elämälle oli, että purkaukset vapauttivat planeettaa muuttavan määrän hiilidioksidia.
Mielenkiintoista kyllä, kun Siperian laavan ajoituksesta on tullut tarkempaa, tiedämme nyt, että joukkosukupuutto ei alkanut ennen kuin 300 000 vuotta purkausten alettua – sen jälkeen, kun kaksi kolmasosaa laavasta oli jo tulvinnut Pohjoisen Pangean mailin paksuisella kivellä. Tämä on arvoitus. Tulivuoret olivat sylkeneet tavallista tappavaa sekoitustaan satojen tuhansien vuosien ajan, ylittäen kauas nykyisen teollisen saastumisen. Olisi ollut lukemattomia väkivaltaisia räjähdyksiä ja syövyttäviä happosateita. Silti elämä jatkui; biosfääri on sinnikäs. Joten miksi niin paljon jatkuvan tuhoamisen jälkeen elämä romahti äkillisesti maailmanlaajuisesti, jopa syvimmillä valtamerillä planeetan vastakkaisella puolella?
Mikä aiheutti joukkosukupuuton? "Voit sulkea laavat pois", sanoo Yhdysvaltain geologian tutkimuskeskuksen geologi Seth Burgess. Mutta jokin näissä Siperian tulivuorissa on muuttunut dramaattisesti 300 000 vuoden jälkeen, laukaisten maailmanlaajuisen romahduksen. Joten mikä se oli?
Planeetta alkoi polttaa omia fossiilisia polttoaineitaan.
Tuloksena oli massiivinen hiilen tulva, joka ylitti Maan säätelyjärjestelmien käsityskyvyn ja työnsi ilmaston epätasapainoon.
Tulivuoret päästävät luonnollisesti merkittäviä määriä CO₂:ta – jopa 40 % venttiilistä tulevista kaasuista voi olla hiilidioksidia. Mutta vuosisatojen pinnallisen toiminnan jälkeen jotain paljon vaarallisempaa alkoi liestyä maan alla. Valtavat, 1 000 jalan paksuiset magmakerrokset, jotka eivät pystyneet pääsemään pintaan, levisivät sivusuunnassa syvän kiven läpi kuin hohtavat juuret, lämmittäen kaiken polullaan. Silloin olosuhteet muuttuivat katastrofaalisiksi.
Nämä maanalaiset magmatunkeumat polttivat läpi kahdeksan mailin paksun muinaisen Venäjän kiven pinon Tunguskan altaassa. Tämä geologinen kerroskakku sisälsi jäänteitä vanhoista suolatasangoista ja hiekkakivestä, mutta vielä tärkeämmin, hiilipitoista kalkkikiveä, muinaisista meristä peräisin olevia maakaasuvarantoja ja menneiden aikakausien hiiltä. Kosketuksessa magma sytytti nämä fossiiliset polttoaineet ja hiilipitoiset kivet, laukaisten massiivisia kaasuräjähdyksiä, jotka murskasivat päällä olevan kiven. Pinnalla puoli mailia leveät kraatterit puhkesivat, vapauttaen gigatonnia hiilidioksidia ja metaania ilmakehään.
Satojen tuhansien vuosien tyypillisten pintapurkauksien jälkeen tulivuoret olivat alkaneet polttaa maanalaista. Siperian laakat purkautuivat massiivisesti, toimien kuin valtavia hiilivoimaloita, maakaasulaitoksia ja sementtitehtaita. Kuten yksi tiedemies kuvasi permikauden lopun sukupuuttoa, "Hiilen poltto olisi edustanut hallitsematonta ja katastrofaalista energian vapautumista Maan planeetan polttokennosta." Nämä purkaukset vapauttivat valtavia määriä CO₂:ta liian nopeasti, jotta planeetta pystyi sitomaan sen.
Tässä on todennäköinen tapahtumien kulku permikauden lopussa. Ensinnäkin ylimääräinen CO₂
