Исследователи установили, что три миллиона лет назад планета Земля подверглась значительному охлаждению, даже при незначительном снижении уровня парниковых газов. Открытие произошло после детального анализа образцов льда, взятых с антарктического континента. Новые данные противоречат предыдущим моделям, основанным только на морских отложениях. Исследование обеспечивает самое раннее зарегистрированное прямое измерение химического состава атмосферы Земли, создавая новый прецедент для науки о климате.
Подробные результаты являются частью двух научных статей, опубликованных в журнале Nature. В работе приняли участие эксперты Старейшего центра ледовых исследований, инициативы, связанной с Университетом штата Орегон. Образцы были собраны в регионе, известном как Аллан-Хиллз, расположенном на краю Восточно-Антарктического ледникового щита. Этот материал позволил ученым наблюдать геологический период, когда глобальные температуры были значительно выше, чем сегодня.
Сохранившиеся пузырьки воздуха раскрывают состав древней атмосферы
Динамика ледникового щита Аллан-Хиллз вызывает физические искажения в замороженной структуре. Это постоянное движение приближает к поверхности блоки из разных геологических периодов, нарушая традиционную линейную последовательность накопления. Маленькие пузырьки воздуха попадают в эти структуры во время процесса замораживания. Материал функционирует как неповрежденная капсула времени.
Джулия Маркс-Петерсон, исследователь из Университета штата Орегон, возглавила первую часть научного исследования. Второй этап координировала Сара Шеклтон, профессор Океанографического института Вудс-Хоул. Команда использовала передовые методы экстракции, чтобы получить доступ к захваченным газам, не загрязняя исходные образцы.
Прямые записи парниковых газов достигли максимального предела в 800 тысяч лет до публикации этого исследования. Эд Брук, директор исследовательского центра, пояснил, что новая методология резко расширяет возможности наблюдения за прошлым климатом. Финансирование Национального научного фонда США сделало возможными экспедиции на территорию Антарктики.
Похолодание океана за этот период достигло двух с половиной градусов.
Измерение температуры океана потребовало анализа благородных газов, содержащихся в древних пузырьках. Индикаторы показывают, что во время изменения климата глобальные воды охладились на 2–2,5 градуса Цельсия. Термический спад произошел резко в начале анализируемого периода. Явление в точности совпадает с образованием первых крупных полярных ледяных шапок в Северном полушарии.
Поверхностные воды сохраняли постепенную скорость охлаждения примерно до миллиона лет назад. Океанографы полагают, что на эту непрерывную картину повлияли изменения в теплообмене между глубинными течениями и поверхностью. Предыдущие методы исследования позволяли оценить только изолированные морские регионы. Новый подход дает единую глобальную картину поведения океана.
До этого повсеместного падения глобальной температуры планета переживала период плиоцена. Ископаемые свидетельства подтверждают существование густых лесов в районах, которые сейчас покрыты снегом, таких как Аляска и Гренландия. Уровень моря также находился на уровне, намного превышающем современные рекорды. Древние береговые линии, обнаруженные на восточном побережье Северной Америки, свидетельствуют о большем объеме жидкой воды в океанах в то время.
Уровни парниковых газов противоречат предыдущим оценкам
Содержание углекислого газа оставалось ниже отметки в 300 частей на миллион на протяжении большей части изученного диапазона. Показатель достиг примерно 250 частей на миллион 2,7 миллиона лет назад, а в течение следующего миллиона лет снизился всего на 20 частей на миллион. Метан продемонстрировал постоянную стабильность в диапазоне 500 частей на миллиард. Текущие цифры подчеркивают совершенно иную атмосферную реальность. В прошлом году Национальное управление океанических и атмосферных исследований зафиксировало средние значения 425 частей на миллион для CO2 и 1935 частей на миллиард для метана.
Прямые измерения, проведенные изо льда, выявили ошибку в старых оценках, основанных на океанских отложениях. Предыдущие модели предполагали гораздо более высокие концентрации углерода в атмосфере плиоцена. Техническое несоответствие усиливает необходимость поиска прямых физических данных для калибровки систем прогнозирования климата.
- Пузырьки воздуха обеспечивают точный химический состав атмосферы без внешнего вмешательства.
- Концентрация благородных газов работает как точный термометр океанских вод.
- Охлаждение Земли произошло независимо от резкого падения содержания углекислого газа.
- Перекрестные ссылки на ледниковые данные с записями окаменелостей подтверждают открытия о плиоцене.
Дополнительные факторы объясняют изменения климата Земли
Отсутствие прямой корреляции между сокращением выбросов углерода и глобальным похолоданием перенаправило фокус исследования. Отражательная способность земной поверхности сыграла определяющую роль в изменении температуры. Расширение территорий, покрытых льдом, увеличило количество солнечной радиации, отражаемой в космос. Изменения в распределении континентальной растительности также изменили поглощение тепла.
Динамика циркуляции океана действовала в сочетании с изменениями поверхности. Ученые подчеркивают, что парниковые газы представляют собой лишь часть сложного климатического механизма планеты. Картирование этих древних взаимодействий помогает понять, как различные природные компоненты реагируют на тепловой стресс.
Новые экспедиции ищут образцы возрастом шесть миллионов лет
Успех бурения на Аллан-Хиллз стимулировал планирование новых исследовательских миссий. Гляциологи выявили потенциально более древние ледяные образования, запертые у подножия глубоких горных пород. Техническая группа уже начала предварительный анализ этого вновь обнаруженного материала. Совершенствование экстракционного оборудования позволяет получить доступ к пластам, которые ранее считались недостижимыми.
Антарктическая программа США предоставляет всю логистическую инфраструктуру, необходимую для полевых работ в экстремальных погодных условиях. Собранный материал отправляется под строгим охлаждением на объект Ice Core, расположенный в городе Денвер, штат Колорадо. Физическая коллекция остается под специальным контролем, чтобы гарантировать целостность образцов на протяжении десятилетий. Основная цель следующих научных кампаний предполагает обнаружение и извлечение льда возрастом до шести миллионов лет.