Пыль в атмосфере увеличила продолжительность ледниковых эпох на Земле миллион лет назад

Палеоклиматологи уточнили причину заметного понижения температуры и увеличения продолжительности ледниковых эпох на Земле в среднем плейстоцене около миллиона лет назад. Основную роль в запуске этого процесса играло изменение площади и структуры ледяных щитов на Земле, что привело к  увеличению количества пыли в атмосфере, пишут ученые в статье, опубликованной в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Цикличность климатических процессов на нашей планете объясняется с помощью циклов Миланковича, которые определяют попадающее на нее количество солнечного света при данном положении Земли относительно Солнца, Луны и других планет. Но поскольку эта модель не включает в себя многие факторы, определяющие климат на Земле, продолжительность циклов может изменяться. Известно, что в среднем плейстоцене, около одного миллиона лет назад длительность ледниковых эпох выросла с 40 тысяч лет до 100 тысяч лет, а их средняя температура — заметно упала. Однако из-за того, что для этого периода недостаточно доступных данных о содержании углерода, точные причины этого явления до сих пор являются предметом споров. Факторами, которые могли повлиять на эти процессы, называют изменение длительности циклов атмосферного углекислого газа и процессы изменения структуры ледяного щита Земли.

Группа палеоклиматологов из Великобритании, Австралии, Швейцарии и Германии под руководством Томаса Чока (Thomas B. Chalk) из Университета Саутгемптона решила изучить, какая из этих причин является определяющей. В своем исследовании ученые сравнили вероятность двух возможных сценариев. По первому из них изначальной причиной было падение уровня углекислого газа в атмосфере, которое повлекло за собой похолодание в ледниковую эпоху. По второму механизму, наоборот, увеличение площади ледяных щитов на Земле произошло независимо от падения уровня CO₂. Кроме того, возможен и смешанный сценарий, при котором происходила синхронизация фазы циклов углерода и увеличения площади ледников с их взаимным влиянием друг на друга.

Прямая информация о содержании углекислого газа в атмосфере по составу ледяных кернов доступна только для последних 800 тысяч лет, поэтому для анализа ситуации около миллиона лет назад, ученым пришлось проводить реконструкцию циклов углерода по косвенным данным — содержанию в раковинах фораминифер изотопов бора-11 и кислорода-18. С помощью такого подхода ученые оценили динамику длительности ледниковых эпох в среднем плейстоцене, изменение уровня моря и разницу в содержании углекислого газа между ледниковой и межледниковой эпохами. Оказалось, что эта разница выросла почти в два раза (с примерно 43 микроатомсфер до 75), а длительность ледниковых эпох выросла. Что интересно, увеличение площади ледяных щитов в это время происходило быстрее, чем понижался уровень углекислого газа. То есть именно этот процесс, скорее всего, произошел сначала и запустил уже все остальные связанные с ним.

Для подтверждения своей гипотезы механизма похолодания авторы работы провели компьютерное моделирования для каждого из сценариев. Оказалось, что действительно к подобной динамике приводит именно первичное увеличение ледяного щита. Это приводит к увеличению количества пыли в атмосфере (к этому может приводить как само охлаждение атмосферы и понижение влажности, так и изменение направлений ветров). При этом эти ученые отмечают, что к таким результатам приводят несколько различных моделей реконструкции климата.

По словам авторов работы, вне зависимости от того, какой именно механизм запустил увеличение площади ледяных щитов в среднем плейстоцене, одним из главных достижений работы является обнаружение прямой связи между изменением климата на Земле, суммарной массой ледяных щитов и полярными океаническими течениями, а все эти процессы в свою очередь определяют изменение углекислого газа при смене холодной эпохи на теплую.

Динамика изменения площади ледников на Земле является одним из показателей климатических изменений, происходивших на Земле много лет назад. Так, Восточно-антарктический ледяной щит пережил плиоценовое потепление около 20 миллионов лет назад, и эти данные могут быть использованы для прогнозирования климата в ближайшем будущем. А, например, огромному Кордильерскому ледяному щиту в Северной Америке 14 тысяч лет назад хватило всего 500 лет, чтобы полностью растаять.

Александр Дубов