Команда исследователей под руководством Сува Кендера из Университета Эксетера исследовала, как менялось расслоение воды в Беринговом море в течение начала-середины плейстоцена. Это исследование локальных залежей морского дна может оказаться весьма существенным для понимания механизмов возникновения ледниковых периодов, которые именно в это время активизировались на планете.
Циклы Миланковича
Среди теорий относительно того, почему время от времени на Земле становится холоднее на несколько тысяч лет, общепринятой считается такая, что связывает эти долговременные изменения с циклической сменой параметров вращения планеты. Эти изменения, известные как циклы Миланковича, приводят к тому, что освещенность поверхности Земли Солнцем изменяется, и температура на ней падает. При этом предсказанные теорией Миланковича минимумы освещения Земли Солнцем хорошо согласуются с данными геологии, которые свидетельствуют о том, что именно в эти периоды на Земле существенно увеличивались объемы льда.
Правда, как показывает геология, циклы Миланковича не всегда приводили к катастрофическим изменениям климата. В истории Земли были периоды, когда климат на протяжении десятков миллионов лет оставался относительно теплым.
Примерно 900 тысяч лет назад, в первой половине плейстоцена, эти циклы привели к тому, что климат стал меняться достаточно ощутимо. Ледниковые периоды, когда значительный процент океана и суши укрывался льдом, который не таял и летом, сменялись относительно теплыми периодами оттепели между ледниковыми периодами.
Лучшая разработанная теория, которая объясняет, почему циклы Миланковича то работают, то нет, заключается в том, что они выступают лишь спусковым крючком для глобальных планетарных процессов, обусловленных расположением суши и течений в океане. Суша в этой схеме выступает как концентратор перепадов температур. Чем больше по площади континентальная масса, тем сильнее ее внутренние части нагреваются при интенсивном облучении Солнцем, и тем сильнее они охлаждаются, когда интенсивность инсоляции падает.
Стабилизаторы климата
С океанами все наоборот. Стоит какому-то участку океана нагреться, как он порождает течения, которые пытаются «выровнять» температуру воды на всех участках океана. При этом течения в океане существуют не только на поверхности, но и в его глубинах. Эти глубинные течения могут иметь на климат не меньшее, а возможно, и большее влияние, чем поверхностные. Кроме того, вода теряет тепло значительно медленнее, чем суша, и глобальный океан выступает своеобразным стабилизатором климата на планете.
Тепловой транспортный пояс Мирового океана, который образует течения, играет ключевую роль в регуляции климата планеты. Теплая и соленая вода Гольфстрима движется на север, где она отдает тепло в атмосферу, нагревая Европу. Охлажденные воды, в конце концов, опускаются глубже и заходят в Антарктику, после чего возвращаются обратно в Гольфстрима.
Но и континенты медленно, но движутся. Из-за этого меняется площадь континентальных масс и характер океанских течений. Поэтому, при определенных комбинациях площадей океана и суши, одни циклы Миланковича вызывают оледенения, а другие – нет.
В этой и без того непростой схеме есть еще как минимум один важный фактор – парниковые газы в составе атмосферы, в частности СО2.
Простой взгляд на проблему углекислого газа в контексте оледенения заключается в том, что по мере того, как климат становится холоднее и суше, площадь лесов и болот, эффективно поглощающая его, уменьшается, и парникового газа в атмосфере становится все больше. А чем больше в атмосфере этих газов, тем больше она начинает накапливать солнечного тепла и не дает планете полностью замерзнуть.
Но этот взгляд не учитывает того факта, что значительная часть углерода и СО2 из атмосферы в конце концов оказываются в океане. Там СО2 растворяется в воде, а органический углерод постепенно опускается на дно. Ученые подозревают, что значительная часть этого углерода глубинными течениями выносится в другие регионы океана, где он поднимается на поверхность и возвращается в атмосферу в виде углекислого газа.
Берингово море
Однако команда исследователей Сува Кендера предположила, что именно изменение глубинных течений около 900 тысяч лет назад могла стать решающим фактором того, что на Земле начался цикл оледенений. Для своих исследований они выбрали один очень характерный участок Мирового океана – Берингово море.
Это море расположено на севере Тихого океана и представляет собой бассейн, отделенный с юга высоким подводным горным хребтом, вершины которого известны как Алеутские острова. На севере это море соединено с Северным Ледовитым океаном узким Беринговым проливом.
Примерно половина площади моря представлена отмелью, которая во времена ледникового периода была сушей. Однако на северо-западе глубина резко увеличивается, образуя котловину глубиной до 4 километров. В результате, она в этой глубоководной части разделена на несколько слоев. Исследователей заинтересовали два из них – Северо-Тихоокеанские Глубинные воды (СТГВ) и Северо-Тихоокеанские Срединные Воды (СТСВ). СТГВ находятся на глубине более 400 метров и представляют собой воды, обогащенные питательными веществами и бедные кислородом. Расположенные над ними и отделенные термоклином СТСВ, наоборот, бедны на органику, но богаты кислородом.
Сохраненный углерод
Ученые заинтересовались вопросом о том, как давно произошло расслоение воды и как менялись границы различных слоев в прошлом. Для этого они прибегли к глубинному бурению в нескольких точках дна Берингова моря и провели анализ содержания изотопов углерода. Сравнение этих данных с другими, полученными в результате бурения дна в разных точках Мирового океана, показало, что около 900 тысяч лет назад ситуация в Беринговом море отличалась от остального мира. В то время, как в других местах одновременно наблюдалось увеличение содержания кислорода и питательных веществ, на севере Тихого океана наблюдалось увеличение отложения только последних.
В результате анализа полученных данных ученые построили модель того, что происходило в Беринговом море в первой половине плейстоцена.
Примерно 1,2 миллиона лет назад климат на Земле поостыл, началось незначительное оледенение, и уровень воды в Беринговом море снизился. В это время активно происходило расслоение воды. СТГВ насыщались органическими остатками и углеродом.
Приблизительно 930 тысяч лет назад наступил период частичной оттепели. Однако лед, который перекрывал Берингов пролив, не растаял окончательно, а лег на грунт, полностью перекрыв его. В результате вода, образовавшаяся вследствие таяния льда в Северном Ледовитом океане, не попала в Берингово моря. Уровень его остался низким, и перемешивание вод не произошло. Накопленный углерод СТГВ, который должен был в это время выйти на поверхность, так и остался на глубине.
Дестабилизатор климата
В течение следующих 30 тысяч лет ситуация только ухудшалась, поскольку органические остатки с мели Берингова моря продолжали поступать в его глубины, однако кислородом эти глубины не обогащались. Вполне возможно, что именно это длительное захоронение углерода на дне моря и стало решающим фактором в том, что промежуток между ледниковыми периодами оказался таким коротким, а следующий ледниковый период принес гораздо больше оледенения в Северное полушарие.
Фактически, Берингово море вместо стабилизатора климата, каковыми были все крупные водоемы на Земле, превратилось в еще один источник усиления действия циклов Миланковича. Так, следующие несколько сотен тысяч лет эти колебания приводили к катастрофическим последствиям.
Пока неясно, насколько процессы в Беринговом море влияли на климат в целом. Главным выводом из проведенного исследования стал не столько даже обнаруженный механизм расслоения воды, сколько подтверждение того факта, что глубинные течения и перенесенный с ними углерод действительно влияют на климат Земли.
Механизм изменения климата на планете нельзя описать только одной моделью. Климат всегда является результатом наложения астрономических факторов на рельеф с добавлением кучи более мелких механизмов. Но, как показало новое исследование, каждый из этих мелких механизмов может стать той силой, которая толкнет развитие событий на планете в ту или иную сторону.
Ваше мнение