Климатические снимки показывают, что уровень углекислого газа в древний тёплый период был на удивление скромным.
ВЕНА — Образцам жуткого синего ледникового льда из Антарктиды ошеломляющий возраст — 6 миллионов лет, объявили учёные на прошлой неделе, что вдвое превышает предыдущий рекорд для старейшего льда на Земле. Лёд открывает новое окно в древний климат Земли, но это не совсем то, чего ожидали учёные.
Пузырьки воздуха были пойманы во льду из эпохи плиоцена, времени до ледниковых периодов, когда планета была на несколько градусов теплее, чем сегодня, а уровни углекислого газа (CO2), возможно, были такими же высокими, как и сейчас. Но первоначальный анализ пузырьков показывает, что уровни CO2 были довольно низкими в позднем плиоцене и лишь слегка опустились между 2,7 миллионами и одним миллионом лет назад, когда плиоцен закончился, начались ледниковые периоды, и на Земле начал резко изменяться климат, вызывая ледниковые периоды, с возрастом ставшие длиннее и глубже.
Результаты являются предварительными, подчёркивает Эд Брук (Ed Brook), геохимик из Университета штата Орегон (OSU) и руководитель Центра исследования старейшего льда США (COLDEX), представивший своё открытие на прошлой неделе здесь, на многочисленных выступлениях на Генеральной ассамблее Европейского геофизического союза. Но если даже небольшое снижение выбросов CO2 может спровоцировать серьёзное изменение климата, добавляет Брук, «вы знаете, вероятно, нас это волнует».
Найти такой старый лёд – это «фантастика», говорит Эрик Вольф (Eric Wolff), палеоклиматолог из Кембриджского университета, не участвовавший в этой работе. Климатические данные в самых старых образцах льда — возрастом от трёх до шести миллионов лет — могли быть искажены, когда лёд взаимодействовал с коренной породой. Но более молодые образцы предлагают беспрецедентный набор климатических снимков древнего мира, добавляет Вольф. «Нет ничего более простого, чем взять пузырёк, открыть его и поместить прямо в масс-спектрометр».
Большинство учёных-бурильщиков ориентируются на лёд в глубоких недрах Антарктики, где снег накапливается год за годом и под действием собственного веса сжимается в аккуратные слои льда, которые сохраняют непрерывный архив древних пузырьков воздуха. Но возраст самого старого из этих непрерывных кернов, эксгумированного в 2004 году, оценивается в 800 000 лет.
Брук считал, что так называемый «голубой лёд» может дать шанс вернуться в прошлое. В 2010 году он и его коллеги начали бурение вблизи горной полосы вдоль побережья Антарктики под названием Аллан-Хиллз, где глубокий старый лёд из внутренних частей континента течёт по коренной породе и выбивается на поверхность. Более молодые слои разрушаются на поверхности, обнажая более глубокие и старые слои, которые часто бывают складчатыми. Это смешивает хронологию льда: самые старые слои не всегда самые глубокие. Если сплошные ледяные керны похожи на книги, то голубые ледяные керны представляют собой главы без названий, представленные не по порядку, с пропущенными строками.
В 2019 году команда COLDEX сообщила о льде возрастом 2,7 миллиона лет, включая анализ парниковых газов в пузырьках воздуха возрастом 1,5 миллиона лет. Теперь команда COLDEX вернулась в Аллан-Хиллз и нашла ещё более старый лёд.
Чтобы датировать лёд, Сара Шеклтон (Sarah Shackleton), палеоклиматолог из Океанографического института Вудс-Хоул, и её коллеги из Принстонского университета проанализировали изотопы аргона, содержащиеся в пузырьках воздуха. Но этот метод потребляет много льда, и для других анализов того же слоя льда остаётся мало стандартного 8-сантиметрового керна. На данный момент команда пробурила лишь небольшие керны льда возрастом 6 миллионов лет, поэтому им известен только его возраст, говорит Брук. Следующим австралийским летом они возвращаются в Антарктиду, чтобы собрать более крупные образцы.
Но в прошлом сезоне Бруку и его коллегам удалось пробурить ледяные керны гигантских размеров возрастом около 3 миллионов лет. Эти керны шириной с обеденную тарелку дали сотни образцов древнего воздуха, включая первый в истории плиоцен, который закончился около 2,6 миллионов лет назад с началом ледникового периода. «Это уникальный снимок», — говорит палеоклиматолог Хубертус Фишер (Hubertus Fischer) из Бернского университета, который не принимал участия в работе.
Учёные считают, что высокий уровень CO2 был ответственен за тепло в плиоцене. Косвенные данные из кернов отложений, такие как химический состав оболочек крошечных морских водорослей и воска листьев растений, позволяют предположить, что уровень CO2, вероятно, был примерно таким же, как сегодняшний неестественно повышенный уровень, 425 частей на миллион (ppm). Но ни в одном образце голубого льда старше одного миллиона лет он не превышал 300 частей на миллион, говорит Джулия Маркс Петерсон (Julia Marks Peterson), палеоклиматолог из OSU, которая проводила анализ парниковых газов.
Данные о парниковых газах также поднимают вопросы о загадочном изменении климата, которое началось около 1,2 миллиона лет назад. В это время что-то заставило ледниковые периоды стать более длительными и интенсивными, простираясь от умеренных 40 000-летних циклов до более глубоких 100 000-летних циклов. Основная теория этого поворота заключается в том, что уровень CO2 упал, что позволило ледяным щитам стать слишком толстыми, чтобы таять в течение 40 000-летнего цикла. Новые климатические данные, основанные на следах, сохранившихся в кернах отложений, опубликованные в феврале, подтверждают эту картину. Но снимки перехода, обнаруженные в голубом льду, показывают, что уровень CO2 оставался стабильным между 220 и 250 ppm. «Мы не видим особых изменений в уровне выбросов CO2», — говорит Маркс Петерсон. «Это не значит, что его не было. Но оно может оказаться меньше, чем мы ожидали».
Чтобы выяснить, что на самом деле вызвало сдвиг ледникового периода, исследователям нужны непрерывные керны, охватывающие этот переход. Обнаружение такого керна «является своего рода Святым Граалем для понимания того, был ли CO2 частью этих изменений», — говорит Вольф.
Только нетронутый лёд из недр Антарктики может дать такой аккуратный, сплошной керн. Научные группы из США, Европы, Австралии, Японии, Южной Кореи, Китая и России работают над его поиском. Европейцы продвинулись дальше всех. В 2022 году они начали бурить вблизи того места, где нашли ядро возрастом 800 000 лет. В прошлом полевом сезоне они залезли под лёд примерно на 1,8 километра, говорит Фишер, входящий в европейскую команду. Следующим летом в Антарктике они планируют преодолеть 2,7 километра, надеясь, получить свой древний керн.
Но мало кто думает, что в центре континента находится сплошной лёд возрастом намного старше 1,5 миллионов лет. «У вас определённо не будет многих миллионов лет», — говорит Фишер. Это означает, что более тёплый плиоценовый климат – и его ключ к нашему потеплению в будущем – будет единственным заповедником отложений голубого льда.
Уже одно это делает этот голубой лёд особенным, говорит Маркс Петерсон. «Очень редко можно быть исследователем ледяных кернов, изучающим плиоцен».