Рекордно древний лед

Воздушные пузырьки в антарктическом льду, добытом недавно исследователями из Принстонского университета, содержат самый древний воздух, который когда-либо был доступен для изучения. Датировка ледовых кернов, полученных во время бурильной кампании 2016 года, показала возраст 2,7 миллионов лет, что более чем втрое превышает возраст предыдущего рекордсмена — льда из купола «C» (Dome C). Первое сообщение прозвучало несколько дней назад на крупнейшей геохимической конференции Goldschmidt 2017, и специалисты теперь с нетерпением ждут полноценной статьи о результатах исследований.

Но обо всём по порядку.

Напомним для начала, что земной климат в далеком прошлом, многие тысячи и миллионы лет назад, вполне доступен для изучения. Земля заботливо сохранила для нас свою климатическую летопись в осадочных отложениях на дне морей и озер и в толще ледников. Нам нужно лишь найти хорошо сохранившиеся образцы этих отложений, аккуратно добыть их — и прочитать. Для восстановления хода температур и состава атмосферы особенно удобны мощные антарктические ледники. Снег, выпадающий в глубине Антарктиды, сначала спрессовывается в фирн, а затем под давлением кристаллизуется в лед, аккуратно запечатывая пузырьки газа, образцы атмосферы той эпохи. Идут века и тысячелетия, лед наслаивается и постепенно опускается глубже, не перемешивая слои и не разрушая пузырьки.

Пробурив ледник, аккуратно подняв ледовый керн с километровых глубин, мы получаем прямой доступ к древней атмосфере и к климату в целом. Изучив содержимое пузырьков, можно восстановить химический состав атмосферы и отследить концентрацию парниковых газов. Измерив изотопный состав кислорода и других элементов, можно определить среднегодовую температуру. Разглядев под микроскопом вкрапления, можно оценить, например, запыленность атмосферы.

К сожалению, этот замечательный инструмент позволяет заглянуть в прошлое только до той эпохи, лед которой мы найдем. Хотя ледниковый щит на той же Антарктиде существует уже десятки миллионов лет, нынешний антарктический лед, даже поднятый с километровых глубин, отвечает возрасту в сотни тысяч лет. Долгое время рекорд держал лед, пробуренный на станции Восток, — 420 тыс. лет. Десять лет назад его обновил европейский проект EPICA — 800 тыс. лет (см. подробности в новости Антарктический лед поведал о содержании метана и CO₂ в атмосфере Земли за последние 800 тысяч лет). Этот лед был поднят с глубины 3,2 км, с самого скального основания материка. Весь более древний лед, к сожалению, уже сполз с материка и давно рассыпался на айсберги.

Карта Антарктиды, на которой показаны области голубого льда, а также потенциальные залежи древнего льда. Изображение из статьи: P. Voosen, 2017. Record-shattering 2.7-million-year-old ice core reveals start of the ice ages

Впрочем, точно ли весь?

В 2010 году вышла статья, призывающая гляциологов обратить пристальное внимание на области антарктического голубого льда. Это прибрежные области, в которых скальный рельеф континента образует естественные ловушки для самых глубоких слоев ледника. За миллионы лет основная масса ледника успевает сползти в океан, но пойманные там образцы древнего льда могут надолго застрять и вылезти на поверхность только сейчас.

Конечно, этот лед не позволит восстановить всю непрерывную ледовую летопись, ведь нам достается только фрагмент древнего ледника, а не вся ледовая колонка. Поэтому возникает проблема датировки таких образцов. В 2008 году было предложено использовать для этой цели хорошо известный калий-аргоновый метод; погрешность при этом получается большой, порядка 10%, но для ледовых кернов неизвестного происхождения подойдет и это.

Полевой лагерь принстонской группы в местности Allan Hills в Антарктиде. Фото © Sean Mackay (Department of Geosciences) с сайта princeton.edu

В 2010 году принстонская команда отправилась в Антарктиду на поиски древнего льда. Была выбрана местность Allan Hills, знаменитая многочисленными находками метеоритов. Ледник здесь довольно тонкий и вынужден ползти вверх по склону — отличное место для поиска застоявшегося древнего льда. Исследователи разбили лагерь прямо в открытом поле и выполнили горизонтальное бурение в направлении холмов. Они тогда прошли 128 метров льда и, не достигнув скального основания, были вынуждены свернуть экспедицию за истечением ее срока. Но оказалось, что даже этот неполный керн содержал лед возрастом около 1 миллиона лет — более древний, чем километровые керны в центре антарктического континента! Статья с результатами исследования вышла в 2015 году, а сама группа приготовилась к новой экспедиции на то же самое место. В начале 2016 года они прошли оставшиеся 20 метров до скального основания и добыли новые образцы. И вот сейчас, 15 августа, на конференции Goldschmidt 2017, принстонская группа доложила о предварительных результатах исследования и сообщила, что возраст этого льда оказался целых 2,7 миллионов лет!

Образец древнейшего льда, добытый в Allan Hills горизонтальным бурением. Фото © Yuzhen Yan (Department of Geosciences) с сайта princeton.edu

По сообщению журнала Science, геохимики, специалисты по палеоклимату, не скупились на громкие эпитеты. Подумать только, у нас никогда даже близко не было столь древнего льда, а теперь с его помощью мы можем напрямую изучать вопросы, к которым до этого подбирались только косвенно!

Переход от 1 млн к 2,7 млн лет — это не только количественный, но и качественный скачок. Он, фактически, меняет перспективу исследования. Дело в том, что ледниковые эпохи — то есть чередование длительных периодов оледенения и относительно коротких межледниковий, — это, по геологическим масштабам, относительно недавнее явление (подробнейшее популярное введение см. в статье Евгения Подольского Ледяные миры). Они «запустились» в земном климате примерно 2,5-3 млн лет назад и шли поначалу с периодом примерно 41 тыс. лет. Около 1,2 млн лет назад произошла еще одна климатическая перестройка: темп чередования увеличился до 100 тыс. лет и одновременно с этим заметно возросла амплитуда колебаний. Несмотря на то, что движущая сила чередующихся ледниковых эпох в общих чертах ясна, причина этого эпизода, — он носит название mid-Pleistocene transition, — остается предметом споров.

Восстановленные по придонным отложениям температурные аномалии за последние 5 миллионов лет. Изображение с сайта commons.wikimedia.org

Представьте только: вся ледниковая летопись Земли, которую нам до сих пор удавалось добыть, относилась только к последнему миллиону лет — к нескольким 100 000-летним циклам оледенения. А новый лед, добытый в Антарктиде, — вкупе с будущими находками — позволит нам просканировать весь многомиллионолетний период! Исследователи также надеются, что здесь или где-либо еще им удастся добраться и до льда возрастом в 5 млн лет. Это та эпоха, в которой температурные колебания были куда слабее и не демонстрировали столь выраженную периодичность. Сама температура тогда была выше, чем во время межледниковий в эпоху циклических оледенений. Судя по нынешней тенденции, сейчас климат на всех парах несется примерно к тому же уровню температур, и детальное сравнение этих двух ситуаций даст важную опору для настройки климатических моделей.

Пока что исследователи из Принстона сообщают, что содержание CO₂ в атмосфере 2,7 млн лет назад оказалось на удивление низким, намного ниже и нынешнего уровня, и тех значений, которые геохимики до этого восстанавливали по изотопному составу в морских отложениях. Если это подтвердится, это заставит их заново откалибровать эти методики.

Фото © Yuzhen Yan (Department of Geosciences) с сайта princeton.edu.

Игорь Иванов