Оледенения сопровождались запылением на протяжении 800 тысяч лет

Буря в северо-западной Африке. На снимке НАСА, сделанном со спутника 28 февраля 2000 года, видно, как облака пыли из района Сахары сносятся ветром на запад, в Атлантический океан. Попадающая в центральные районы океана пыль — важнейший источник биогенных элементов, прежде всего фосфора и железа, необходимых для развития фитопланктона. Фото с сайта www.nasa.gov
Буря в северо-западной Африке. На снимке НАСА, сделанном со спутника 28 февраля 2000 года, видно, как облака пыли из района Сахары сносятся ветром на запад, в Атлантический океан. Попадающая в центральные районы океана пыль — важнейший источник биогенных элементов, прежде всего фосфора и железа, необходимых для развития фитопланктона. Фото с сайта www.nasa.gov

Во время оледенений пыль на поверхности Земли накапливается гораздо быстрее, чем в теплые межледниковые периоды. К такому выводу пришла группа европейских ученых, проанализировав отложения льда в центральной части Антарктиды. За 800 тысяч лет, в течение которых образовывался этот лед, отмечено восемь пиков повышенного содержания пыли, и все они приходились на периоды сильных похолоданий. Скорость осаждения пыли (приносимой в основном из Южной Америки) во время оледенений возрастала примерно в 25 раз в сравнении с межледниковыми периодами.

Бур, несущий керн льда, поднимается на поверхность. Антарктида, Купол С. Станция Конкордия. Фото с сайта www.gdargaud.net
Бур, несущий керн льда, поднимается на поверхность. Антарктида, Купол С. Станция Конкордия. Фото с сайта www.gdargaud.net

Ледовый покров Антарктиды, формировавшийся (и продолжающий формироваться) за счет выпадающих атмосферных осадков (снега), содержит в своих слоях как бы запись о состоянии климата за сотни тысяч лет. Так, оценивая в разных слоях льда относительное содержание дейтерия (тяжелого изотопа водорода), ученые могут проследить за изменениями во времени температуры воздуха. Ведь при конденсации водяного пара по мере снижения температуры сначала (при меньшем охлаждении) выпадают осадки с более тяжелыми молекулами воды (содержащими дейтерий), а при дальнейшем охлаждении — и с более легкими, содержащими обычный изотоп водорода.

Кроме того, анализируя газовый состав запечатанных во льду пузырьков воздуха, можно проследить за долговременными изменениями содержания в атмосфере СО2 и других парниковых газов. Также запечатанными в лед оказываются и частицы пыли — их учитывают в пробах с помощью специального счетчика частиц (см. Coulter counter). Зная концентрацию частиц во льду и скорости нарастания льда, можно определить интенсивность осаждения пыли в тот или иной период времени.

До недавнего времени самый длинный ряд данных, полученных при анализе ледовой толщи, охватывал 420 тыс. лет. Исходным материалом служила колонка льда (керн) из восточной части Антарктиды, с российской станции «Восток». Однако бурение льда на станции «Восток» пришлось прекратить, так как под скважиной на глубине 3,7 км оказалось озеро. Начавшиеся позже работы в рамках Европейского проекта бурения антарктического льда (European Project for Ice Coring in Antarctica, EPICA) в другом месте Восточной Антарктики, на куполе «C» (75°06' ю.ш., 123°21' в.д.), позволили получить развертку данных о состоянии климата за 800 тыс. лет.

Бур, поднятый на поверхность. Фото с сайта www.gdargaud.net
Бур, поднятый на поверхность. Фото с сайта www.gdargaud.net

Важным результатом последних исследований было не только то, что они покрывали более длительный период формирования льда, но и то, что блестяще подтвердился для последних 400 тыс. лет тот ход изменений основных показателей, который уже был ранее выявлен при анализе керна со станции «Восток». Выяснилось, что сильные похолодания, ведущие к увеличению массы ледников, происходили достаточно регулярно, примерно раз в 100 тыс. лет, что хорошо согласуется с периодическими изменениями орбиты Земли (так называемыми «циклами Миланковича»).

В работе, опубликованной недавно в журнале Nature большой группой ученых из Швейцарии, Италии, Франции, Дании, Великобритании и Германии, подведены итоги изучения содержания пылевых частиц в колонке льда с купола «C». Выяснилось, что за 800 тыс. лет интенсивность осаждения пыли демонстрировала периодические изменения — восемь отмеченных подъемов приходились на периоды оледенений. При этом количество пыли, выпадающее за год на единицу площади, между максимумом и минимумом различалось в среднем в 25 раз.

Станция Конкордия на куполе C полярной ночью. Фото Гийома Дарго (Guillaume Dargaud) с сайта www.gdargaud.net
Станция Конкордия на куполе C полярной ночью. Фото Гийома Дарго (Guillaume Dargaud) с сайта www.gdargaud.net

В принципе, такой результат не является неожиданным. Периоды оледенений всегда сопровождаются понижением уровня мирового океана, увеличением поверхности суши за счет высвобождения участков морского дна, а главное — общей аридизацией (засушливостью климата) суши. Последнее неудивительно, поскольку значительная часть воды оказывается не в свободном состоянии, а связана в ледниках. Пыль с суши ветрами поднимается весьма высоко и переносится на большое расстояние. Из-за малого количества осадков осаждается она весьма медленно.

Изменения во времени ряда показателей, полученных при анализе керна льда с российской станции «Восток» (Vostok), Европейской станции на куполе C (EDC — сокр. от EPICA Dome C), а также морских донных отложений и отложений Лёссового плато в Китае (горизонтальная шкала — тысячи лет (kyr) от настоящего момента, 0). a — относительное содержания дейтерия в ледовом керне на куполе C; b — поступление пыли (в мг/кв.м/год) на станции «Восток»; с — поступление пыли (в мг/кв.м/год) на куполе C; d — размерный состав частиц пыли на куполе C (выше — более крупные частицы); e — относительное содержание тяжелого изотопа кислорода 18O в морских донных осадках; f — магнитная восприимчивость (показатель, зависящий от влажности) в отложениях Лёссового плато в Китае. Обратите внимание, что для b, c, e — шкала инвертированная: пики на графике — это на самом деле спады. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature
Изменения во времени ряда показателей, полученных при анализе керна льда с российской станции «Восток» (Vostok), Европейской станции на куполе C (EDC — сокр. от EPICA Dome C), а также морских донных отложений и отложений Лёссового плато в Китае (горизонтальная шкала — тысячи лет (kyr) от настоящего момента, 0). a — относительное содержания дейтерия в ледовом керне на куполе C; b — поступление пыли (в мг/м2/год) на станции «Восток»; с — поступление пыли (в мг/м2/год) на куполе C; d — размерный состав частиц пыли на куполе C (выше — более крупные частицы); e — относительное содержание тяжелого изотопа кислорода 18O в морских донных осадках; f — магнитная восприимчивость (показатель, зависящий от влажности) в отложениях Лёссового плато в Китае. Обратите внимание, что для b, c, e — шкала инвертированная: пики на графике — это на самом деле спады. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Из-за того что обширные районы окружающего Антарктиду Южного океана во время оледенений замерзают, изменяется меридиональная циркуляция атмосферы, и ничто не мешает ветрам переносить пыль из Южной Америки вплоть до центральных районов Антарктиды. По мнению авторов обсуждаемой работы, пыль, обнаруживаемая на куполе «C», — южноамериканского происхождения. Пыль эта очень мелкая, модальный размерный класс частиц — около 2 мкм, хотя при похолоданиях доля более крупных частиц возрастает.

Зависимость между содержанием дейтерия (горизонтальная шкала) и потоком частиц пыли (вертикальная шкала) по данным ледового керна с купола C. Зелеными точками показаны значения, относящиеся к последним 430 тыс. лет, а синими — значения за период с 800 до 430 тыс. лет назад. Видно, что наступления ледников (левая часть графика) сопровождались значительным повышением количества пыли. Разброс точек меньше в левой части графика. Иными словами, корреляция между температурой и количеством пыли высокая и достоверная в холодные периоды, а в теплые межледниковые периоды она выражена очень слабо. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature
Зависимость между содержанием дейтерия (горизонтальная шкала) и потоком частиц пыли (вертикальная шкала) по данным ледового керна с купола C. Зелеными точками показаны значения, относящиеся к последним 430 тыс. лет, а синими — значения за период с 800 до 430 тыс. лет назад. Видно, что наступления ледников (левая часть графика) сопровождались значительным повышением количества пыли. Разброс точек меньше в левой части графика. Иными словами, корреляция между температурой и количеством пыли высокая и достоверная в холодные периоды, а в теплые межледниковые периоды она выражена очень слабо. Рис. из обсуждаемой статьи в Nature

Выводы, сделанные на основе анализа ледового керна с купола «C», согласуются не только с данными, полученными на станции «Восток», но и с результатами других исследований палеоклимата. На графиках в обсуждаемой работе, помимо данных о содержании дейтерия во льду, приводятся материалы по динамике содержания в донных морских отложениях тяжелого изотопа кислорода 18O, также свидетельствующие о глобальных похолоданиях или потеплениях. Дело в том, что при крупных оледенениях вода, испаряющаяся с поверхности океана и выпадающая в виде снега на ледники, не возвращается обратно. А поскольку в первую очередь в пар превращаются молекулы, содержащие обычный легкий изотоп кислорода 16O, то остающаяся в океане вода обогащается молекулами, содержащими тяжелый изотоп кислорода 18O.

Изотопный же состав воды отражается на соотношении изотопов кислорода 18O/16O в молекулах кальцита, из которого строят свои раковинки фораминиферы (Foraminifera) — одноклеточные организмы, широко распространенные в океане. Накапливаясь в донных отложениях, раковинки фораминифер становятся важнейшим источником информации о соотношении свободной и связанной во льдах воды за сотни тысяч лет.

В обсуждаемой работе использованы также материалы по отложениям наносов на Лёссовом плато в Китае. Считается, что такая характеристика этих отложений, как магнитная восприимчивость, может свидетельствовать об изменениях влажности в далеком прошлом.

Источник: F. Lambert, B. Delmonte, J. R. Petit, M. Bigler, P. R. Kaufmann, M. A. Hutterli, T. F. Stocker, U. Ruth, J. P. Steffensen, V. Maggi. Dust-climate couplings over the past 800,000 years from the EPICA Dome C ice core // Nature. 2008. V. 452. P. 616–619.

См. также:
1) Климат Антарктиды в течение последних 800 тысяч лет определялся изменениями орбиты Земли, «Элементы», 17.08.2007.
2) Climatic Interpretations from Chinese Loess-Paleosol Deposits.
3) R. A. Kemp, E. Derbyshire. The loess soils of China as records of climatic change // European Journal of Soil Science. 1998. V. 49 (4). P. 525–539.

Алексей Гиляров


0
Написать комментарий


    Другие новости


    Элементы

    © 2005-2017 «Элементы»