Темп ледниковых периодов сбился из-за североамериканских ледников

Рис. 1. Североамериканский ледниковый щит (показан синим) мог играть ключевую роль в смене темпа оледенений, произошедшей миллион лет назад. Изображение с сайта esp.cr.usgs.gov
Рис. 1. Североамериканский ледниковый щит (показан синим) мог играть ключевую роль в смене темпа оледенений, произошедшей миллион лет назад. Изображение с сайта esp.cr.usgs.gov

Исследование голландских климатологов показало, что ключевую роль в изменении длительности ледниковых периодов, произошедшем 1 млн лет назад, сыграли массивные североамериканские ледники.

В течение последних миллионов лет климат на Земле регулярно колебался между холодными и теплыми периодами (оледенениями и межледниковьями). В фазе оледенения значительную часть континентов в северном полушарии занимали огромные ледниковые щиты, а в межледниковьях они таяли или отступали в приполярные области. Сейчас мы живем в довольно кратковременный (по геологическим меркам) период межледниковья, хотя еще 20 тыс. лет назад на Земле наблюдался максимум оледенения последнего ледникового периода.

Темп смены глобальных похолоданий и потеплений не оставался всё это время постоянным. С момента начала четко выраженного колебательного режима (примерно 2,7 млн лет назад) и примерно до 1 млн лет назад оледенения происходили примерно каждые 40 тыс. лет. Однако затем произошло нечто, и ритм ледниковых периодов замедлился до одного в 100 тыс. лет. Кроме того, заметно усилилась амплитуда климатических колебаний, то есть разница между холодным и теплым климатическими периодами (см. рис. 2).

Из-за чего в принципе происходят ледниковые периоды, климатологи понимают — из-за изменения параметров земной орбиты и вызываемого этими изменениями колебания потока солнечного света, падающего на Землю. Но вот почему колебательный режим изменил свой темп миллион лет назад — это остается предметом жарких споров.

Рис. 2. Колебания глобального климата в течение последних 5 млн лет. По вертикали справа отложена величина дельта-O-18, показывающая относительное содержание изотопа кислорода-18 в океанических донных отложениях, а слева — эта же величина, пересчитанная в изменение глобальной температуры. Изображение с сайта www.globalwarmingart.com
Рис. 2. Колебания глобального климата в течение последних 5 млн лет. По вертикали справа отложена величина δ18O, показывающая относительное содержание изотопа кислорода-18 в океанических донных отложениях, а слева — эта же величина, пересчитанная в изменение глобальной температуры. Изображение с сайта Global Warming Art

В частности, разобраться в этой проблеме могло бы помочь прояснение роли ледников в смене теплых и холодных периодов. Конечно, ледники (или их отсутствие) помогают удерживаться в состоянии холодного или теплого климата, но какова их роль в моменты наступления оледенений и межледниковий?

Ответить на этот вопрос трудно из-за отсутствия прямых данных по объему ледников в течение достаточно длительного времени. Поэтому все выводы приходится делать на основании данных по изотопному составу придонных океанических отложений (а конкретно, величине δ18O, характеризующей относительное содержание изотопа кислорода-18). Эта величина зависит как от средней δ18O по всему океану, так и от локальной придонной температуры на момент осаждения этих отложений. Если бы эти два фактора удалось однозначно разделить и выделить средне-океаническое значение δ18O, то отсюда можно было бы извлечь и объемы ледников.

Именно это научились делать (правда, модельно-зависимым способом) голландские климатологи, чья статья появилась на днях в журнале Nature. Результаты их работы четко указывают на ключевую роль североамериканского ледникового щита в этом переходе.

Для того чтобы разделить два фактора, авторы построили модель динамики ледовых щитов и глубинных океанических вод и с помощью них описали данные по δ18O. Это позволило им получить отдельные графики приповерхностной температуры и объема ледниковых шапок в Северном полушарии в течение последних 3 млн лет. На обоих этих графиках были четко видны колебания, связанные с ледниковыми периодами. Сопоставив два графика, исследователи могли выяснить, что наступало раньше — изменение температуры или изменение объема ледников, и с какой задержкой.

Оказалось, что изменения температуры, как в сторону понижения (при начале очередного оледенения), так и в сторону повышения (при наступлении очередного межледниковья) почти всегда предшествовали соответствующим изменениям в объеме континентальных ледников. Однако сдвиг по времени между этими моментами был разным (см. рис. 3).

Рис. 3. Четыре верхних графика (их шкала по вертикали отложена слева; тыс. лет): время запаздывания изменений объема ледников по сравнению с температурой в различные моменты климатических колебаний. Две нижних графика (их шкала по вертикали отложена справа; относительные единицы): сила стотысячелетней компоненты колебаний температуры и ледников. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature
Рис. 3. Четыре верхних графика (их шкала по вертикали отложена слева; тыс. лет): время запаздывания изменений объема ледников по сравнению с температурой в различные моменты климатических колебаний. Две нижних графика (их шкала по вертикали отложена справа; относительные единицы): сила стотысячелетней компоненты колебаний температуры и ледников. Изображение из обсуждаемой статьи в Nature

В эпоху сорокатысячелетних ледниковых периодов (то есть раньше, чем 1 млн лет назад) эта задержка составляла 4–5 тыс. лет (см. голубую и синюю линии, которые отвечают наступлению оледенений и потеплений соответственно). Это означает, что ледники послушно росли или уменьшались вслед за изменениями температуры — то есть они играли пассивную роль в климатических изменениях.

Однако затем, в эпоху стотысячелетних ледниковых периодов, ситуация изменилась. Если момент наступления ледников по-прежнему запаздывал примерно на 6 тыс. лет по сравнению с моментом похолодания (красная ломаная), то момент исчезновения ледников практически совпадал с моментом потепления (оранжевая ломаная).

Это означает, что межледниковье наступало лишь тогда, когда это позволяли сделать ледники. Иными словами, континентальные ледники северного полушария превратились из простого зрителя в активного участника ледниковых колебаний. Такое могло произойти благодаря тому, что ледники стали достаточно большими, обрели большую климатическую «инерцию». По мнению авторов, именно в этом и кроется причина перехода к более медленному режиму климатических колебаний.

Итак, согласно результатам этой работы, ледниковые периоды происходили следующим образом. Последние миллионы лет Земля постепенно остывала и примерно 2,7 млн лет назад остыла до такой степени, что в полярных широтах Северного полушария, как в Евразии, так и в Северной Америке, стали образовываться отдельные массивные ледники. Умеренно высокие широты (50–70°с.ш.) там, где проходили границы этих ледников, стали «болевой точкой» климата — слегка «надавливая» на нее с периодом 40 тыс. лет, Солнце заставляло эти ледники исчезать и вновь появляться.

Однако по мере дальнейшего постепенного остывания планеты континентальные (и прежде всего, североамериканские) ледники объединились и стали настолько массивными, что могли пережить даже минимум сорокатысячелетнего цикла. Заставить ледники отступить (а значит, начать новое межледниковье) могло лишь совместное действие нескольких факторов, которое происходило реже, примерно раз в 100 тыс. лет. Именно поэтому оледенения переключились на более медленный темп.

Авторы признают, что все эти выводы модельно-зависимы — они опираются на выбранный метод обработки данных по δ18O, и поэтому не могут считаться окончательным ответом на этот вопрос. Однако, по крайней мере, впервые доказано, что североамериканский ледовый щит мог играть ключевую роль в изменении темпа оледенений. Подтвердить это могут лишь новые данные или более совершенные метода анализа.

Источник: R. Bintanja, R. S. W. van de Wal. North American ice-sheet dynamics and the onset of 100,000-year glacial cycles // Nature. V. 454. P. 869–872 (14 August 2008).

См. также:
1) Климат Антарктиды в течение последних 800 тысяч лет определялся изменениями орбиты Земли, «Элементы», 17.08.2007.
2) M. A. Maslin, A. D. Ridgwell. Mid-Pleistocene Revolution and the "eccentricity myth’ // Geological Society, London, Special Publications; 2005. V. 247. P. 19–34. PDF, 767 кб.
3) И. Иванов Раздел физики, родившийся из ошибки, «Элементы».

Игорь Иванов


4
Показать комментарии (4)
Свернуть комментарии (4)

  • Алексей Гиляров  | 23.08.2008 | 22:20 Ответить
    Это безусловно очень важная работа. Спасибо Игорю Иванову за то, что разобрался и написал столь хорошее ее изложение. Проблема механизмов, усиливающих действие триггеров, запускающих похолодание или потеплние, - одна из важнейших. Ведь ясно, что тех изменений количества тепла, которые определяются изменениями земной орбиты (циклами Миланковича), недостаточно, чтобы начинались столь серьезные климатические преобразования. Есть некий передаточный механизм, и он может меняться, например, тормозить переход, как в случае с огромными ледниками.
    Ответить
  • vadyy  | 24.08.2008 | 19:48 Ответить
    Вот один из вероятных сценариев
    Оригинальная гипотеза известна как пульсационная гипотеза Уилсона.|
    Похолодание может быть связано с особенностями движения Антарктического ледникового покрова. Периодически в пределах этого покрова могут возникать быстро движущиеся потоки льда гигантских размеров, которые выбрасываются в океан, формируют шельфовый ледник и огромную массу айсбергов. Выброс может составлять несколько миллионов кубических километров льда. Увеличение площади ледникового покрова и масса тающих айсбергов приводят к глобальному понижению температуры и служат спусковым механизмом нового цикла оледенения.
    ---
    Это выдержка с одного ресурса давно сохраненная у меня.
    Когда говорят о разрушении ледников обычно имеют ввиду подьм уровня океана. Если примеру представить что гренландия сбросит в сев. океан и сев. атлантику хотябы процент массы своего ледника то площадь морских льдов в сев. полушарии вырастет катострофически. На элементах также была статья о том что леденные щиты могут двигаться с достаточно большой скоростью. Сложно сказать насколько вероятен подобный сценарий. Все зависит от того как отреагирует ледник на резкое изменения климата. Нужно понимать что последствия этого сценария будут самыми суровыми.
    Ответить
    • idris > vadyy | 26.08.2008 | 14:45 Ответить
      Пульсационную гипотезу можно и развить. В настоящее время в Антарктиде подо льдом установлено нахождение десятков вулканов. Они приурочены к Трансантарктическому хребту. То есть расположены в районах шельфовых ледников Росса и Ронне, там где они примыкают к суше. Подо льдом имеется большое количество рек и озер. Генезис воды в этих водотоках неясный. Почти наверняка роль играют и термальные воды. При усилении вулканической активности все может быть. Так что подвижки ледников Антарктиды, скорее всего мало связаны с климатом.

      Относительно сбросов крупных масс льда. Я предлагал гипотезу о том, что крупные массивы льда размерами в сотни км могут перекрывать-закупоривать пролив Дрейка. Что приведет к существенной перестройке все системы океанических течений и резкой смене климата. Сейчас анализируя влияние таких блоков смотрят, на то, как они снижают температуру, испарение, альбедо и т.д.
      Ответить
      • vadyy > idris | 26.08.2008 | 17:13 Ответить
        Вероятнее всего что подобные сценарии в в прошлом не реализовывались. Просто условий для них не было. За всю историю Гренландского и Атарктического ледников не было достаточно резких потеплений. Постепенное же потепление приводит к тому что за счет текучести ледники поддерживали свой баланс между площадью и массой. Сейчаз же ситуация уникальная. Когда уровень СО2 удвоиться вероятно что в Арктике летом будет наблюдаться полностью безледный режим. Для примера летом 2007 в некоторых районах сев. лед. океана температура воды достигала семи градусов. В результате совокупных действий; увеличения СО2, сокращения альбедо усиленными обратными связями температура в Гренландии может повыситься градусов на 9 и более. Основные причины возможности разрушения ледника с выбросом больших мас льда связаны с разрушением шельфовых льдов и переферийных. При потеплении талая вода через трещины проникает к основанию ледника и уменьшает его сцепление с грунтом. Трение при движении пластов также увиличивает количество подледной воды. Движение переферийных льдов приведет к потере опоры для более крупных континентальных лед. щитов. Таким образом при определенных условиях возможна цепная реакция разрушения.
        Ответить
Написать комментарий

Другие новости


Элементы

© 2005-2017 «Элементы»