Изменения климата, записанные во льду Антарктиды за 740 тысяч лет
Ледники Антарктиды и Гренландии постоянно нарастают сверху за счет выпадающих атмосферных осадков. При этом захватываются и на долгий срок сохраняются во льду пузырьки воздуха, исследуя которые ученые могут представить себе состояние атмосферы тысячи и даже сотни тысяч лет тому назад. Кроме того, по соотношению во льду дейтерия (тяжелого изотопа водорода 2H) и обычного водорода можно судить о температуре воздуха в период образования этого льда, поскольку при конденсации паров воды более тяжелые (т.е. содержащие дейтерий) молекулы требуют меньшего охлаждения.
До недавнего времени рекордная по протяженности (3623 м) и продолжительности формирования (420 тыс. лет) колонка (керн) льда была получена в 1989-1998 гг. на российской станции «Восток» в центральной части Антарктиды. По результатам анализа запечатанных в этом льду пузырьков воздуха группой ученых разных стран были подробно прослежены изменения содержания в атмосфере важнейших парниковых газов - диоксида углерода CO2 и метана CH4, а по относительной доле дейтерия в самом льду – динамика температуры. Все эти показатели, как выяснилось, меняются синхронно, совершая колебания в соответствии с так называемыми циклами Миланковича. Сербский астроном Милутин Миланкович еще в 20-30 - е годы минувшего века предположил, что колебания наклона оси вращения Земли (с периодом около 40 тыс. лет), взаимодействуя с регулярными (с периодом в 100 тыс. лет) изменениями формы земной орбиты (которая становится то более эллипсоидной, то круговой), должны сказываться на изменении абсолютной величины, а главное - на распределении инсоляции по поверхности Земного шара, приводя в конце концов к чередованию ледниковых и межледниковых периодов. По данным анализа керна со станции «Восток» получалось, что решающими для определения земного климата в последние 420 тысяч лет были изменения формы орбиты, т.е. циклы по 100 тыс. лет. Для этого промежутка времени отмечены четыре крупных довольно продолжительных ледниковых периода, разделенные сравнительно короткими периодами существенного потепления.
К сожалению, дальнейшее бурение льда на станции «Восток» пришлось приостановить, поскольку под скважиной обнаружили лежащее в толще льда озеро. Однако в других местах Антарктиды работы по глубокому бурению льда продолжались. В частности, колонка льда, не самая длинная (3190 м), но охватывающая рекордный на сегодняшний день период времени – 740 тыс. лет, была получена на куполе «це» («С») в Восточной Антарктике, примерно в 500 км от станции «Восток», в рамках Международного европейского проекта по бурению льда Антарктиды (EPICA – European Project for Ice Coring in Antarctica). Первые результаты этих работ недавно опубликованы группой из 56 авторов, представляющих разные европейские страны (в том числе один из России – Владимир Липенков). Особенно интересны данные по относительному содержанию дейтерия, позволяющие придти к нескольким важным заключениям об изменениях температуры за 740 тыс. лет.
Во-первых, выяснилось, что цифры, полученные на куполе «С» для последних 420 тыс. лет, очень близки к уже известным для этого периода по керну со станции «Восток». Таким образом получено независимое подтверждение реконструированной ранее динамики климата во времени.
Во-вторых, изменения содержания дейтерия во всем ледовом керне (за 740 тыс. лет) оказались теснейшим образом коррелированы с динамикой другого, независимо полученного, показателя палеотемпературы, а именно – долей изотопа кислорода 18О относительно обычного 16O в морских донных осадках. Данный метод основан на том, что оба изотопа включаются в карбонат кальция CaCO3 (а из этого вещества образованы раковины фораминифер - простейших, повсеместно распространенных и соответственно везде попадающих в донные отложения) в том соотношении, в котором они находятся в окружающей морской воде. А соотношение их в воде, в свою очередь, связано с общей климатической ситуацией, поскольку при испарении воды с поверхности океана, последующей ее конденсации и выпадении с дождем и снегом, молекулы, содержащие тяжелый изотоп 18O, возвращаются быстрее, чем содержащие 16O. Последние в значительно большем количестве уносятся на континенты и задерживаются там особенно долго, если попадают на ледники. Чем холоднее климат и чем больше масса ледников, тем сильнее обогащаются оставшиеся в океане воды тяжелым изотопом 18O.
В третьих, для периода, охваченного керном с купола «С», отмечена смена типа динамики температуры, подтвержденная данными по содержанию 18O в донных осадках. А именно, если за последние 430 тыс. лет основными были циклы по 100 тыс. лет, причем короткие межледниковые периоды сменялись длительными ледниковыми, то для предшествующих 300 тыс. лет были характерны колебания с периодичностью в 40 тыс. лет, причем межледниковые периоды были менее теплыми, но на каждый из них приходилась большая часть цикла (в отличие от последних 420 тыс. лет), а общая амплитуда была меньше. Авторы предполагают, что система амплификаторов (усилителей), преобразующая действие пусковых механизмов (изменений орбитальных характеристик) в глобальные климатические изменения могла быть несколько другой, но в чем конкретно заключались эти различия, пока сказать трудно. Любопытно, что ситуация при окончании ледникового периода и начале межледникового, имевшая место 430 тыс. лет тому назад, по амплитуде температурных изменений и содержанию парниковых газов напоминают ту, что складывается в настоящее время. Правда, потепление протекает быстрее и преобразования, которые раньше потребовали 28 тыс. лет, сейчас заняли всего 12 тыс. лет.
А.М.Гиляров
доктор биологических наук
Москва
|
