Группа палеоклиматологов из Кембриджа объявила, что им удалось достигнуть существенного прорыва в корректной интерпретации наблюдательных данных, описывающих динамику толщины антарктического ледяного щита и температуры океана за последние 1,5 млн лет. Результаты исследований, опубликованные в ночь на пятницу в Science , выводят многолетнюю дискуссию о связи между динамикой оледенений и периодическими изменениями орбитальной траектории, по которой Земля вращается вокруг Солнца, на принципиально новый уровень. Зная, как и почему климат менялся на протяжении больших временных отрезков в прошлом, мы научимся точней оценивать влияние на климат факторов более низкого порядка, прежде всего антропогенных. Изменения орбиты Земли, являясь результатом взаимодействия стабильных и больших объектов — Солнца, Земли, Луны и планет Солнечной системы — просчитывается с очень высокой точностью как назад во времени, так и вперед. Между тем попытки обнаружить корреляцию между динамикой оледенений и этим макрофактором — периодическими колебаниями инсоляции из-за прецессии земной орбиты, получившими название «циклы Миланковича», — терпели неудачу. Последнее связано с тем, что известный метод мониторинга оледенений по соотношению изотопов кислорода в раковинах ископаемых фораминифер (в тёплые периоды содержание в морской воде тяжёлого изотопа кислорода-18 уменьшается, что отражается на его содержании в раковинах этих микроорганизмов) не позволяет разделять два важных типа данных — температурную кривую океана и кривую, отображающую изменения толщины ледяного панциря на полюсах, так как выяснилось, что на концентрацию изотопов оказывают влияние оба этих процесса. В результате остается непонятным, как именно откликается «климатическая машина» Земли на периодические изменения инсоляции. «Если вы не можете отделить друг от друга данные по толщине льда и данные по температуре океана, вы никогда не скажете, с чем именно приходится иметь дело, фиксируя те или иные глобальные климатические изменения в далеком прошлом: с резким ли изменением толщины полярной ледяной шапки, изменением температуры океана или с тем и другим одновременно. Так, мы, например, не знали, как именно и в какой последовательности протекали эти процессы до, во время и после среднеплейстоценового перехода», — поясняет ведущий автор статьи профессор Харри Элдерфилд. Во время упомянутого перехода, начавшегося примерно 1,25 млн лет назад и длившегося 600 тысяч лет, произошло серьезное изменение в динамике и продолжительности оледенений. Если до него интервалы между теплыми и холодными максимумами составляли 41 тыс. лет, то после они увеличились до 100 тыс. (в одном из таких интервалов — в теплой фазе климатического цикла — живем сейчас мы с вами). Новый метод, опробованный кембриджской группой, позволил отделить данные по температурной динамике океана от данных по динамике накопления и таяния льда в полярных ледяных шапках и получить беспрецедентно подробную картину климатических изменений и сопровождающих их процессов на отрезке в 1,5 млн лет — начиная с «пролога» среднеплейстоценового перехода и кончая нашим временем. Для этого были вновь использованы фораминиферы, но замеряемым параметром стало на этот раз не соотношение изотопов кислорода, а соотношение магния и кальция. Поскольку магний при более высокой температуре поглощается быстрей, о динамике температуры океана можно судить по концентрации этого элемента в раковинах. Исследовав образцы осадочных пород, взятых в районе банки Четхэма (океанической отмели, протянувшейся на восток от западного побережья Новой Зеландии), авторы статьи установили, как изменялась температура океана последние 1,5 млн лет, и затем сопоставили полученные данные с результатами изотопного анализа тех же образцов. «Наконец-то стало ясно, что происходило с температурой океана и отдельно с южным ледяным щитом на протяжении этого периода», — объясняет Элдерфилд. Как выяснилось, полярная ледяная шапка более, так сказать, драматично реагировала на прецессию земной орбиты и, как следствие, режима инсоляции, чем океан. При продолжительном уменьшении инсоляции температура соленого океана падала до определенного предела и дальше уже не понижалась (соленая вода в данном случае играла роль температурного буфера), в то время как толщина ледяного панциря на фоне продолжительных низких температур медленно, но неуклонно росла. При очередном увеличении инсоляции накопившийся лед не успевал растаять, и продолжительность оледенения увеличивалась. Было установлено, что резкое, напоминающее фазовый переход удлинение таких ледниковых периодов произошло 900 тыс. лет назад, когда на фоне пониженной летней инсоляции Южного полушария следующий ледниковый цикл удлинился до 100 тысяч лет. И произошло это не постепенно, как считалось раньше, а довольно быстро — по геоклиматическим, конечно, меркам. Интересно, что последующее удлинение ледниковых циклов, зафиксированное как устойчивый тренд 700—600 тыс. лет назад, уже не сопровождалось существенными колебаниями земной орбиты и глобальное изменение климата происходило без участия этого фактора. Похоже, «климатическая машина» демонстрировала здесь эффект гистерезиса, когда поведение системы на определенном интервале времени во многом определяется её предысторией. В данном случае событием фазового перехода, случившегося 900 тыс. лет назад. В одной из фаз климатического гистерезиса живем сейчас и мы с вами, хотя, как дальше будет эволюционировать климат Земли, «климатическая память» длиной в миллион лет пока не объясняет. Как бы то ни было, проследить связь между этими явлениями — прецессией орбиты, температурой океана и динамикой оледенения, опираясь не на спекулятивную климатическую модель, а данные опытных наблюдений, — удалось впервые. Теперь авторы намереваются выяснить, используя магнийкальциевый метод ретроспективного мониторинга температуры океана, как изменения земной орбиты влияли на локальный климат в разных частях Земли. «Любая неопределенность касательно нашего понимания климатических процессов вызывает стойкое ощущение, что мы вообще ничего не понимаем в поведении климата — ни в том, как он реагирует на естественные воздействия, ни на антропогенные. Но если мы сможем понять, чем были вызваны предыдущие сдвиги и каковы были их последствия, появляется больше шансов, что мы сможем предсказать и подготовиться к грядущим изменениям климата», — резюмирует профессор Элдерфилд. Впрочем, до такого понимания еще очень и очень далеко.
Настоящее глобальное изменение климата произошло задолго до возникновения цивилизации — 900 тысяч лет назад, в эпоху плейстоцена, установили палеоклиматологи из Кембриджа, предложившие новые метод изучения климатической истории Земли.