Антарктида: ключ к изучению глобального климата

Антарктида для климатологов это одновременно и индикатор современного состояния климата, и архив данных о климатическом прошлом Земли. Если ледяной материк растает, то на нашей планете изменится циркуляция атмосферы и океана, а уровень моря вырастет на десятки метров. Обо всем этом рассказывает географ Алексей Екайкин во втором выпуске подкаста Terra Cognita, подготовленном при поддержке Русского географического общества.

Антарктиду открыли в 1820 году, и еще 75 лет после этого на материк не ступала нога человека. Теперь люди здесь присутствуют постоянно, здесь построено множество научных станций, а по результатам лазерной альтиметрии это чуть ли не самое исследованное место на планете. Однако здесь до сих пор много мест, куда не ступала нога человека.

Долгое время считалось, что Антарктида — очень стабильный материк с огромным запасом холода. Сейчас мы знаем, что все не так просто.

Например, в конце XX века на Антарктическом полуострове было очень мощное потепление. Температура здесь поднималась в несколько раз быстрее, чем в среднем на планете. Сейчас ситуация стабилизировалось. Причины этого потепления до конца не ясны, но скорее всего оно связано с динамикой течения Западных Ветров в Южном океане. 

Последние 20 лет в Западной Антарктиде очень быстро убывает масса льда. Это связано с ростом температуры океана. Теплая вода приводит к подтаиванию шельфовых ледников, которые подпирают основной ледяной покров. Подпорка слабеет и лед внутренних ледников быстрее стекает в сторону океана.

При этом общего климатического тренда для всей Антарктиды нет. Это большой материк, на нем очень выражена секторность климатических условий и изменений. Были попытки усреднить данные по температуре и сравнить их с глобальными кривыми — широко известной «клюшкой» (о ней мы подробно писали в материале «Священная клюшка»). Для Антарктиды построить такой график не получается: инструментальные ряды наблюдений ведутся всего 60 лет, и данные очень неравномерно распределены.

Ледники Антарктиды накапливались в ходе ледниковых периодов последних 14 миллионов лет. За это время Земля испытывала циклические колебания климата, но в целом холодала, поэтому Антарктида должна была становиться все более стабильной. С современным антропогенным потеплением мы вышли далеко за пределы естественных климатических колебаний и запустили на материке новые процессы, которые не всегда до конца понимаем.

Антарктида и Мировой океан

В XX веке рост уровня мирового океана наполовину был связан с тепловым расширением воды. Вторым фактором были горные ледники. Они маленькие, расположены в более низких широтах и быстро реагируют на изменение температуры. Потом подключилась Гренландия — сейчас это основной фактор. Есть мнение, что она прошла точку невозврата, и таяние ледникового покрова здесь необратимо. Сейчас к процессу начинает подключаться Антарктида – пока ее вклад небольшой, но это долгосрочный тренд.

Если растают все горные ледники мира, уровень моря повысится на полметра, весь лед Гренландии даст 6-7 метров, а если растает Антарктида, уровень океана вырастет на 65 метров. Этот процесс займет сотни и тысячи лет, но, если он начнется, остановить его уже не получится. На данный момент Антарктида уже существенно теряет массу.

Тепловая бомба

Антарктида сама по себе – важный климатический фактор для Земли. Если ее убрать, изменится климат на всей планете. Во-первых, поменяется альбедо поверхности (отражающая способность), Земля будет поглощать значительно больше тепла, перестроится циркуляция океана и атмосферы в южном полушарии.

Если посмотреть карту течений мирового океана, мы увидим только картину на поверхности воды, но самое интересное происходит на дне. В океанах есть так называемая термохалинная циркуляция (или «океаническая конвейерная лента»), которая работает как гигантская и сложная петля. Донные воды для нижней части этой петли формируются лишь в нескольких регионах планеты. Одно из таких мест — море Уэдделла в Южном океане, там холодная и соленая антарктическая вода погружается вниз. Вторая такая точка — северная Атлантика, где у берегов Гренландии образуется донное противотечение Гольфстриму. Благодаря этой циркуляции есть глобальный обмен энергией, который действует в течение сотен лет.

Глобальное потепление, которое мы сейчас наблюдаем в атмосфере, это малая часть того тепла, которое получает Земля за счет антропогенного парникового эффекта. До 90 процентов всего лишнего тепла, которое производится человеком, поглощает Южный океан. В районе Антарктики вода опускается вниз и уносит тепло вглубь океана. Пока что океан копит тепло, а вот затем он перенесет его в северное полушарие и там будет отдавать его обратно. Это тепловая бомба, которую мы закладываем сейчас — эффект мы будем наблюдать сотни лет. Даже если сейчас мы полностью остановим выбросы CO₂, этот процесс уже не остановить.

Кроме того, углекислый газ живет в атмосфере сотни лет. Поэтому просто перестав выбрасывать его в воздух, мы не сможем остановить ни парниковый эффект, ни поглощение тепла океаном. Мало просто свести выбросы к нулю, надо научиться еще и забирать углерод обратно.

Ископаемые атмосферные осадки 

В 50-х годах прошлого века был открыт изотопный метод: ученые нашли связь между концентрацией тяжелого изотопа ¹⁸О и температурой. Сначала метод использовался для изучения морских донных осадков, а потом ученые поняли, что то же самое верно для воды, и начали применять его для исследования ледниковых кернов Антарктиды. Лед Антарктиды — это, по сути, ископаемые атмосферные осадки, он хранит информацию о температурах прошлого.

Кроме самого льда, исследуются пузырьки воздуха, законсервированные в кернах — это единственный прямой способ понять газовый состав древней атмосферы. Например, можно посмотреть, сколько парниковых газов было в воздухе в прошлые эпохи и сравнить с их сегодняшними данными.

Самый длинный непрерывный ряд наблюдений по ледниковым кернам Антарктиды — 800 тысяч лет. Есть отдельные образцы льда, которым больше миллиона лет, а самому древнему образцу вообще 2,7 миллиона. Данные по кернам хорошо коррелируют с другими палеогеографическими методами.  

Временное разрешение метода падает с возрастом льда, зависит от скорости накопления ледяной толщи и меняется от региона к региону. В Гренландии аккумуляция льда большая, поэтому детальность метода позволяет с точностью до года описать голоцен (текущее межледниковье, или последние 12 тысяч лет) и большую часть последнего ледникового периода. В Антарктиде лед накапливается медленнее, поэтому разрешение ниже — последние межледниковые периоды здесь описаны с точностью в десятки и сотни лет.

В любом случае, с такой детальностью рядов мы вряд ли можем пропустить моменты роста CO₂ в прошлом. Так как углекислый газ в атмосфере сохраняется долго, сигнал от него сохраняется в кернах. Согласно этим данным, за последний миллион лет моментов с концентрацией CO₂ выше, чем сейчас, не было: концентрация углекислого газа менялась от 180 до 280 ppm (частей на миллион), а сейчас она уже – 400 ppm. Температуры при этом бывали выше, но в отличие от современного тренда, потепления были региональными и скорости изменения температуры были в несколько десятков раз меньше, чем сейчас. Таким образом, текущие изменения климата уникальны, и ни мы, ни живая природа не успеваем к ним адаптироваться.