Элементы Элементы большой науки

Поставить закладку

Напишите нам

Карта сайта

Содержание
Энциклопедия
Новости науки
LHC
Картинка дня
Библиотека
Видеотека
Книжный клуб
Задачи
Масштабы: времена
Детские вопросы
Плакаты
Научный календарь
Наука и право
ЖОБ
Наука в Рунете

Поиск

Подпишитесь на «Элементы»



ВКонтакте
в Твиттере
в Фейсбуке
на Youtube
в Instagram



Библиотека

 
Т. Дамур
«Мир по Эйнштейну». Глава из книги


Л. Франк
«Мой неповторимый геном». Глава из книги


В. Винниченко
Почему дельфины никогда не спят?



В память о Леониде Вениаминовиче Келдыше (07.04.1931–11.11.2016)


Н. Жизан
«Квантовая случайность». Глава из книги


Интервью с С. Ландо
Сергей Ландо: «Прорывы в математике плохо предсказуемы»


В. Гаврилов
Загадка зарянки


А. Левин
Астрономия темного


В. Мацарский
Бодался Чандра с сэром Артуром


О. Макаров
Секрет разделения







Главная / Новости науки версия для печати

Климат Антарктиды в течение последних 800 тысяч лет определялся изменениями орбиты Земли


В этих кернах льда хранится ценная информация о нескольких тысячах лет климатических данных. На таких глубинах в одном метре льда может содержаться информация о 500 годах (фото с сайта www.gdargaud.net)
В этих кернах льда хранится ценная информация о нескольких тысячах лет климатических данных. На таких глубинах в одном метре льда может содержаться информация о 500 годах (фото с сайта www.gdargaud.net)

Анализ содержания дейтерия в колонке льда, взятой на куполе «С» в Антарктиде, позволил детально восстановить ход температуры за 800 тысяч лет. За это время было восемь периодов потепления, чередующихся с более продолжительными холодными периодами. Авторы работы, участники Европейского проекта по бурению Антарктического льда (EPICA), приходят к выводу, что наступление очередного холодного или теплого периода инициируется периодическими изменениями орбиты Земли.

Климат последних сотен тысяч лет характеризуется довольно четкой периодичностью: длительные оледенения сменяются более короткими периодами потепления. Сейчас мы живем как раз в теплое межледниковое время. Идея о том, что чередование глобальных похолоданий и потеплений может быть связано с циклическими изменениями параметров земной орбиты, высказал ещё в 1920-годы сербский исследователь Милутин Миланкович (Milutin Milanković); см. Циклы Миланковича. Испытывая притяжение солнца и других небесных тел, Земля действительно регулярно меняет форму своей орбиты, которая с периодичностью около 93 тыс. лет становится то более эллипсоидной, то более круговой (т. е. меняется её эксцентриситет). Кроме того, с периодичностью 26 тыс. лет меняется конус, описываемой Земной осью (прецессия), а с периодичностью в 41 тыс. лет — угол наклона земной оси к плоскости её орбиты. Комбинация этих изменений орбиты сказывается на количестве получаемого Землей тепла и на характере распределения его по поверхности планеты. Уменьшение инсоляции в высоких широтах приводит к очередному оледенению. Гипотеза о влиянии параметров орбиты Земли на ее климат начала находить свое подтверждение в 1980-х годах, когда появились хорошие данные по палеотемпературам, полученные при анализе донных отложений из разных точек Мирового океана.

В основе метода — определение относительного содержания тяжелого изотопа кислорода δ18O в кальците (из которого состоят панцири повсеместно встречающихся микроскопических планктонных фораминифер). При крупных оледенениях значительная часть воды, испарившаяся из океана и выпавшая на суше над ледниками, в океан не возвращается. Соответственно, молекулы воды, содержащие изотоп кислорода 18О, будучи более тяжелыми, чем обычные молекулы воды (с изотопом кислорода 16О), накапливаются в океане. При потеплении доля молекул воды с тяжелым изотопом кислорода, наоборот, уменьшается. Эти колебания в относительном содержании 16О и 18О в воде отражаются составом кальцита, из которого образуют свои раковинки фораминиферы, а также крупные животные — моллюски и плеченогие. Взяв колонку донных отложений, можно по тому, как изменяется δ18О с глубиной, судить о происходивших на Земле оледенениях или потеплениях.

Керны льда помещают во временное хранилище на куполе «С». Кусочки льда поедут в Европу для дальнейшего анализа, но большая часть керна будет храниться на станции в Антарктиде (фото с сайта www.gdargaud.net)
Керны льда помещают во временное хранилище на куполе «С». Кусочки льда поедут в Европу для дальнейшего анализа, но большая часть керна будет храниться на станции в Антарктиде (фото с сайта www.gdargaud.net)

Блестящим подтверждением гипотезы о периодических изменениях температуры стали данные, полученные при бурении антарктического льда на российской станции «Восток». Поднятый там на поверхность ледовый керн (колонка льда), имея общую протяженность 3600 м, охватил слой льда, сформировавшийся за 420 тысяч лет. Помимо анализа газового состава пузырьков воздуха, сохранившихся во льду за многие тысячелетия, исследователи получили возможность проследить за изменениями температуры по содержанию во льду тяжелого изотопа водорода — дейтерия δD. Метод основывается на том, что пары обычной воды и «тяжёлой» (т. е. содержащей дейтерий) различаются температурой конденсации. Последние конденсируются и выпадают при меньшем охлаждении, чем обычные, «легкие», что и отражается составом льда, который при этом образуется. При потеплении дейтерия становится больше, а при похолодании меньше. Данные по ледовому керну со станции «Восток» до недавнего времени содержали самый длинный ряд наблюдений за температурой — 420 тыс. лет (опубликованы в журнале Nature в 1999 г.; на «Элементах» смотрите график в новостях от 6.10.2006).

Панорама Европейской международной станции Конкордиа на куполе «C» в Антарктиде. Именно около этой станции проводилось глубинное бурение льда, результаты которого публикуются в недавнем номере Science. Снимок сделан в конце полярной зимы (фото Гийома Дарго (Guillaume Dargaud) с сайта www.gdargaud.net)
Панорама Европейской международной станции Конкордиа на куполе «C» в Антарктиде. Именно около этой станции проводилось глубинное бурение льда, результаты которого публикуются в недавнем номере Science. Снимок сделан в конце полярной зимы (фото Гийома Дарго (Guillaume Dargaud) с сайта www.gdargaud.net)

И вот этот рекорд перекрыт. В журнале Science опубликованы материалы по изменению температуры Антарктиды за 800 тыс. лет. Авторы статьи (их 32!), исследователи из Франции, Германии, Дании, Исландии, Швейцарии, Италии, Бельгии и Великобритании, являются участниками Европейского проекта бурения Антарктического льда (EPICA — Project for Ice Coring in Antarctica). Работы проводили около станции Конкордия, расположенной в Восточной части Антарктики (75о06' S, 123о21' E), на куполе «С» (известном также как «купол Чарли» — Charlie),. Это место находится в 560 км от станции «Восток», и хотя там так же холодно (средняя годовая температура -55оС), погода менее ветреная. Очень важно и то, что ежегодно откладываемые слои льда на куполе «С» тоньше, чем на станции «Восток», и нет подледного озера (о существовании которого конечно не могли подозревать те, кто выбирал место для станции). В результате, пройдя буром даже несколько меньшее расстояние (3260 м) и остановив бурение в 15 м от скалистого ложа, исследователи получили на куполе «С» временную развертку для значительно более длительного срока — для 740 тыс. лет. Пока опубликованы отнюдь не все материалы анализа, но подробные данные об относительном содержании дейтерия во льду (δD) в обсуждаемой статье приводятся, а именно по этой величине можно судить об изменениях температуры, при которой формируются осадки.

Многолетний ход двух независимо полученных показателей, характеризующих изменения температуры за 800 тыс. лет в районе Антарктиды. По оси абсцисс – возраст отложений в тысячах лет до настоящего времени (т.е. ход времени - справа налево). Чёрная линия вверху – данные по относительному содержанию дейтерия δD в колонке льда с Европейской станции (EPICA)  на куполе «С». Синяя линия внизу – данные по относительному содержанию тяжелого изотопа кислорода δ18O в донных отложениях в Южном океане (в последнем случае – инвертированная шкала). Пики на обеих линий соответствуют потеплениям (рис. из обсуждаемой статьи в журнале Science)
Многолетний ход двух независимо полученных показателей, характеризующих изменения температуры за 800 тыс. лет в районе Антарктиды. По оси абсцисс – возраст отложений в тысячах лет до настоящего времени (т.е. ход времени - справа налево). Чёрная линия вверху – данные по относительному содержанию дейтерия δD в колонке льда с Европейской станции (EPICA) на куполе «С». Синяя линия внизу – данные по относительному содержанию тяжелого изотопа кислорода δ18O в донных отложениях в Южном океане (в последнем случае – инвертированная шкала). Пики на обеих линиях соответствуют потеплениям (рис. из обсуждаемой статьи в журнале Science)

Выводы работы следующие. Во-первых, изменения во времени содержания дейтерия во льду Антарктиды хорошо соответствуют полученным ранее данным по содержанию тяжелого изотопа кислорода 18О в донных осадках: периоды похолодания и потепления, выявляемые этими двумя совершенно независимыми способами, совпадают (см. график).

Динамика различных показателей климата Антарктиды за 800 тыс. лет (по абсциссе – тысячи лет до настоящего момента): a – рассчитанная по параметрам орбиты инсоляция на широте 55о С.Ш. (июль) и 65о Ю.Ш. (средняя за год); b– относительное содержание дейтерия δD во льду (синяя линия – купол «С», красная – станция «Восток»). Чем больше дейтерия, тем теплее был климат; c– содержание тяжелого изотопа кислорода δ18O в донных осадках (разным цветом показаны данные, относящиеся к разным районам океана). При потеплении климата содержание δ18O в океанической воде снижается (обратите внимание, что используется инвертированная шкала; соответственно повышение температуры также отмечается пиками); d– содержание пыли во льду на куполе «С». Пыль откладывается в основном в период оледенений (рис. из статьи: EPICA community members Eight glacial cycles from an Antarctic ice core в журнале Nature)
Динамика различных показателей климата Антарктиды за 800 тыс. лет (по абсциссе — тысячи лет до настоящего момента): a — рассчитанная по параметрам орбиты инсоляция на широте 55о С.Ш. (июль) и 65о Ю.Ш. (средняя за год); b — относительное содержание дейтерия δD во льду (синяя линия — купол «С», красная — станция «Восток»). Чем больше дейтерия, тем теплее был климат; c — содержание тяжелого изотопа кислорода δ18O в донных осадках (разным цветом показаны данные, относящиеся к разным районам океана). При потеплении климата содержание δ18O в океанической воде снижается (обратите внимание, что используется инвертированная шкала; соответственно повышение температуры также отмечается пиками); d — содержание пыли во льду на куполе «С». Пыль откладывается в основном в период оледенений. (рис. из статьи: EPICA community members Eight glacial cycles from an Antarctic ice core в журнале Nature)

Во-вторых, для последних 400 тыс. лет получено прекрасное соответствие динамики во времени относительного содержания дейтерия (δD) на куполе «С» тому, что ранее для того же отрезка времени получено на станции «Восток». В-третьих, время наступления похолоданий и потеплений хорошо объясняется изменениями показателей орбиты Земли, хотя решающим оказывается не влияние эксцентриситета (формы орбиты), а взаимодействие прецессии (размер конуса, описываемого земной осью) и угла наклона оси к плоскости движения Земли вокруг Солнца. Авторы подчеркивают, правда, что рассчитанные изменения инсоляции на самом деле незначительны. По-видимому, эти изменения служат только инициаторами, механизмами, запускающими перестройку глобальной климатической системы (в том числе — систему океанической циркуляции), но, соответственно, должны быть и усиливающие механизмы, действие которых и приводит к регулярной смене глобального похолодания глобальным потеплением и наоборот.

Источник: J. Jouzel, V. Masson-Delmotte, O. Cattani, G. Dreyfus, S. Falourd, G. Hoffmann, B. Minster, J. Nouet, J.M. Barnola, J. Chappellaz, H. Fischer, J.C. Gallet, S. Johnsen, M. Leuenberger, L. Loulergue, D. Luethi, H. Oerter, F. Parrenin, G. Raisbeck, D. Raynaud, A. Schilt, J. Schwander, E. Selmo, R. Souchez, R. Spahni, B. Stauffer, J.P. Steffensen, B. Stenni, T.F. Stocker, J.L. Tison, M. Werner, E.W. Wolff Orbital and millennial Antarctic climate variability over the past 800,000 years // Science. 2007. V. 317. P. 793-796

См. также:
1) EPICA community members Eight glacial cycles from an Antarctic ice core // Nature. 2004. V. 429. P. 623-628 (Pdf файл всей статьи в свободном доступе)
2) Urs Siegenthaler, Thomas F. Stocker, Eric Monnin, Dieter Lüthi, Jakob Schwander, Bernhard Stauffer, Dominique Raynaud, Jean-Marc Barnola, Hubertus Fischer, Valérie Masson-Delmotte, Jean Jouze Stable сarbon cycle–climate relationship during the Late Pleistocene // Science. 2005. V. 310. P. 1313-1317
3) Lisiecki L.E., Raymo M.E. A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ18O records. 2005. Paleoceanography. V. 20. doi:10.1029/2004PA001071, 2005 (Pdf файл всей статьи в свободном доступе)
4) Гренландия всё быстрее теряет свой лед, «Элементы», 26.09.2006
5) 300 миллионов лет назад углекислого газа в атмосфере было гораздо больше, чем сейчас, «Элементы», 12.01.2007
6) European Project for Ice Coring in Antarctica (EPICA)
7) Подборка хороших фотографий: The Epica glaciology project

Алексей Гиляров


Комментарии (10)



Последние новости: Науки о ЗемлеАлексей Гиляров

11.11
Из-за засухи в Африке луговые луни позже возвращаются в Европу
07.11
Узкая пищевая специализация бывает эволюционно невыгодной
28.10
Арктические хищники способны переключаться на альтернативные источники питания
26.09
Муравьи-листорезы при уходе за потомством используют противогрибковый препарат
05.09
Найдены строматолиты возрастом 3,7 млрд лет — древнейшие следы жизни на Земле
12.07
Антропогенные факторы стали причиной исчезновения двух видов австралийских грызунов
16.06
В Старом и Новом Свете птицы сходно реагируют на глобальное потепление
26.05
Очертания видового ареала определяются экологическими свойствами вида
12.05
Атмосферное давление на древней Земле было в два раза ниже современного
04.05
Рост концентрации CO2 в атмосфере способствует увеличению растительного покрова

Научная картинка дня


Новости науки по темам: антропология, археология, астрономическая научная картинка дня, астрономия, биология, биотехнологии, генетика, геология, затмения, информационные технологии, космос, лингвистика, математика, медицина, нанотехнологии, наука в России, наука и общество, Нобелевские премии, палеонтология, Первое апреля, психология, технологии, физика, химия, эволюция, экология, энергетика, этология

Новости науки по авторам: Валентин Анаников, Дарья Баранова, Вера Башмакова, Александр Бердичевский, Максим Борисов, Варвара Веденина, Александр Венедюхин, Михаил Волович, Михаил Гарбузов, Алексей Гиляров, Дмитрий Гиляров, Сергей Глаголев, Евгений Гордеев, Николай Горностаев, Владимир Гриньков, Дмитрий Дагаев, Юрий Ерин, Анастасия Еськова, Дмитрий Жарков, Андрей Журавлёв, Дмитрий Замолодчиков, Игорь Иванов, Вячеслав Калинин, Павел Квартальнов, Мария Кирсанова, Дмитрий Кирюхин, Александр Козловский, Юлия Кондратенко, Артем Коржиманов, Ольга Кочина, Аркадий Курамшин, Виталий Кушниров, Иван Лаврёнов, Алексей Левин, Андрей Логинов, Сергей Лысенков, Лейла Мамирова, Александр Марков, Мария Медникова, Вадим Мокиевский, Григорий Молев, Тарас Молотилин, Антон Морковин, Марат Мусин, Максим Нагорных, Елена Наймарк, Алексей Опаев, Петр Петров, Александр Пиперски, Константин Попадьин, Сергей Попов, Роман Ракитов, Татьяна Романовская, Александр Самардак, Александр Сергеев, Андрей Сидоренко, Виктория Скобеева, Даниил Смирнов, Павел Смирнов, Дарья Спасская, Любовь Стрельникова, Дмитрий Сутормин, Алексей Тимошенко, Александр Токарев, Александр Храмов, Мария Шнырёва, Сергей Ястребов, Светлана Ястребова

Новости науки по месяцам: 2016 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2015 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2014 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2013 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2012 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2011 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2010 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2009 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2008 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2007 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2006 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I  2005 XII, XI, X, IX, VIII, VII, VI, V, IV, III, II, I 

Новости науки почтой (рассылка на Subscribe.ru):

 


Где еще почитать научные новости: «Биомолекула», «Вокруг света», Газета.ру. Наука, «Индикатор», «Наука и жизнь», Наука и технологии РФ, «Научная Россия», «Популярная механика», РИА Наука, «Чердак», N+1, Naked Science

 


при поддержке фонда Дмитрия Зимина - Династия