Разморозка арктического холодильника

Фото: Bob Strong / Reuters

Резкое таяние вечной мерзлоты в Сибири 14 тысяч лет назад положило конец ледниковому периоду, заявляют климатологи

Александр Телишев

21 ноября, 2014 14:11

9 мин

Причиной завершения последнего ледникового периода, как выяснили ученые из Германии, был резкий выброс углекислоты, метана и других парниковых газов, которые выделялись в результате гниения органики, вмороженной в почву Сибири и других регионов Арктики в предыдущие сотни тысяч лет. Нечто похожее, по их словам, может произойти и сегодня, так как запасы вечной мерзлоты в современных заполярных регионах могут быть «разморожены» в самом ближайшем будущем. Выводы климатологов представлены в научном журнале Nature Communications.

Земля не всегда была столь холодной планетой, весомая часть которой зимой, если говорить об умеренных поясах, или постоянно, если речь идет о заполярье, покрыта снежными и ледовыми шапками. До середины эоцена наша планета представляла собой классический «парник». Благодаря высоким долям углекислоты в атмосфере и эффективному перераспределению тепла течениями «великого океанического конвейера» даже в приполярных регионах Земли росли пальмы и другие теплолюбивые растения.

Судя по резким изменениям в химическом и изотопном составе окаменелых панцирей водорослей и других микроскопических жителей океанов, ситуация качественно изменилась примерно 49 миллионов лет назад. Примерно с этого времени концентрация СО2 в атмосфере начала медленно, но верно падать, и вместе с ней снижались и среднегодовые температуры. Кратковременная остановка работы «конвейера течений» в начале плейстоцена привела к тому, что на Земле примерно 2,5 миллиона лет назад началась серия ледниковых периодов, которая продолжается по сей день.

За это время полярные ледовые шапки успели расшириться и сократиться 11 раз, и нередко около трети Земли было покрыто льдами во время их максимального распространения. По текущим оценкам, последний ледниковый период достиг пика своего развития примерно 26 тысяч лет назад, когда льды полностью покрывали всю Скандинавию, Канаду, занимали большую часть Британии и доходили до истоков Волги. Около 14 тысяч лет назад это оледенение резко завершилось, и Земля постепенно начала приобретать тот облик, который мы видим сегодня.

По поводу причин быстрого отступления ледников у ученых пока нет единого мнения. Единственным известным и неоспоримым фактом остается то, что примерно 14,6 тысячи лет назад доли углекислоты и метана в атмосфере резко увеличились — они росли со скоростью, превышающей аналогичные показатели для предыдущей эпохи в шесть раз для СО2 и в несколько сотен раз для СН4. Некоторые климатологи полагают, что это произошло благодаря каким-то процессам на дне океана, высвободившим большое количество газа из его почвы, другие приписывают эту роль извержениям вулканов, а третьи — падению астероида.

Петер Кёллер из Института полярных и морских исследований в Бремерхафене (Германия) и его коллеги попытались выяснить, что же на самом деле стояло за наступлением последнего межледникового периода и переходом Земли к более теплому климату.

Кораловый риф в прибрежных водах острова Таити. Фото: DeAgostini / Getty Images / Fotobank.ru

Для этого ученые совершили экспедицию в, казалось бы, совершенно неподобающее для подобных исследований место — на остров Таити, расположенный в экваториальных водах Тихого океана. Почему? Потому что здесь можно найти несколько десятков крупных колоний кораллов, существовавших в прибрежных водах в окрестностях этого очага полинезийской культуры на протяжении нескольких десятков тысяч лет.

Малейшие изменения в средней температуре воды, движении течений и в кислотности, напрямую зависящей от концентрации СО2 в атмосфере, отражаются на способности кораллов строить известковые раковины. К примеру, потепление воды и повышение кислотности мешают полипам захватывать ионы кальция и углекислоты, что негативно сказывается на здоровье коралловых рифов. Благодаря этому кораллы являются своеобразными «климатическими летописями», отражающими в себе историю климата Земли за все время существования колонии.

Как выяснил Кёллер, кораллы можно использовать не только в качестве базы для климатологических исследований, но и для климатологической «криминалистики» — выяснения того, откуда взялась углекислота, которую коралловые полипы использовали в прошлом для постройки своих раковин.

Дело в том, что не все атомы углерода в молекулах углекислого газа в атмосфере и в водах мирового океана одинаковы. Небольшую, но достаточно заметную их часть составляет углерод-14, тяжелый изотоп, возникающий в атмосфере в результате столкновения атомов азота с космическими лучами. Он нестабилен по своей природе — около половины таких атомов распадается за 5700 лет, и примерно через 60-70 тысяч лет их доля достигает почти невидимых для современных приборов значений.

Других источников углерода-14, помимо атмосферы, на Земле не существовало до начала «ядерной эры», и поэтому его доля в останках растений и животных постепенно падает, если они не контактируют с воздухом. Этим фактом активно пользуются археологи, палеонтологи и геологи для вычисления возраста окаменелостей и пород.

Кёллер и его коллеги поняли, что доли углерода-14 во всех предположительных источниках выбросов метана и углекислоты, положивших конец последнему ледниковому периоду, должны были сильно отличаться. К примеру, если источником лишних СО2 и СН4 служили залежи органики на дне океана, то доля углерода-14 в атмосфере и в оболочках кораллов с Таити должна была оставаться относительно высокой.

Морское дно достаточно активно обменивается газами с водами океана, и ничто не мешает «космическому» изотопу углерода проникать внутрь донной почвы. Аналогичным образом, если «убийцей» ледникового периода были вулканы или какие-то другие изолированные от внешнего мира источники углерода, то тогда концентрация углерода-14 должна была резко упасть.

Справедливым оказалось второе — примерно 14,6-14,4 тысячи лет назад, судя по «годичным кольцам» кораллов, доля углерода-14 в атмосфере резко снизилась, упав на 5,5% за 200-250 лет. Это очень серьезное падение, свидетельствующее о длительном и практически постоянном выделении в атмосферу огромного объема углекислоты и других производных углерода, которые были изолированы от внешнего мира на протяжении десятков, если не сотен тысяч лет.

Данный факт одновременно исключает обе теории — залежи органики на дне океана не могли содержать в себе столь малое количество углерода-14, а вулканы не могли постоянно извергаться на протяжении столь длительного периода. Поэтому ученым пришлось искать «убийцу» ледникового периода среди тех источников углерода, которые ранее не рассматривались в качестве главных подозреваемых.

В ходе этих размышлений климатологи обратили внимание на то, что вместе с углекислотой, как показывает содержимое гренландских льдов из той эпохи, выделялось большое количество метана. Подобный сценарий — постоянное выделение большого количества СО2 и СН4 — хорошо знаком ученым, но не по климатическому прошлому Земли, а из ее ожидаемого будущего. Практически все современные климатические модели показывают, что дальнейший рост температур приведет к тому, вечная мерзлота в Арктике и в умеренных широтах постепенно растает и вмороженные в нее запасы органики начнут разлагаться.

Вечная мерзлота в Сибири. Фото: academic.ru

Поэтому наиболее вероятным «убийцей» последнего ледникового периода стало массовое таяние вечной мерзлоты в Сибири, запущенное, как считают Кёллер и его коллеги, временным усилением конвейера течений в Атлантике. После того как первые запасы замороженной органики оттаяли и начали гнить, помощь течений им уже не понадобилась. Выделение все большей массы углекислоты и метана в атмосферу все больше и больше разогревало почву и ускоряло процессы гниения, что и привело к стремительному отступлению ледников 14 тысяч лет назад.

Насколько важен для нас этот экскурс в климатическую историю Земли? Как объясняют климатологи, во время этого потепления в атмосферу попадала достаточно скромная масса углекислоты — всего около 0,5 миллиарда тонн углерода в год. Для сравнения, сегодня человечество выделяет в десять-двадцать раз больше парниковых газов, чья совокупная масса составляет около девяти миллиардов тонн, и эта цифра продолжает расти с каждым годом.

«Конечно, эффект от этого не будет столь драматичным — климат планеты уже изменился под действием антропогенных парниковых газов. Будущие выбросы СО2, связанные с таянием вечной мерзлоты, будут заметно более скромными, чем то, что сейчас попадает в атмосферу в результате сжигания ископаемых топливных ресурсов. Тем не менее эти выбросы все же нельзя не учитывать, так как они усиливают глобальное потепление, вызванное деятельностью человека», — заключает Кёлер.

ТЕГИ

поддержать проект

Для поднятия хорошего настроения, вы можете угостить наших редакторов чашечкой кофе

Маленькая чашка кофе