Изотопы кальция и магния помогли уточнить температуру океана в эоцене

Геологи проанализировали состав изотопов магния и кальция в раковинах фораминифер времен эоцена и установили, что температура поверхности океана в тропических зонах тогда составляла от 30 до 36 градусов Цельсия. Эти данные также показали, что из-за полярного усиления нагрева в результате повышенного содержания углекислого газа в атмосфере температура океана в полярных областях планеты была значительно выше нуля, пишут ученые в Proceedings of the National Academy of Sciences.

Известно, что в геологические эпохи с повышенным содержанием в атмосфере углекислого газа, происходило увеличение температуры поверхности моря, при этом для полярных областей было характерно большее относительное изменение температуры, чем для тропических. Обычно для палеотемпературных измерений морской воды ученые используют данные о содержании изотопного содержания различных элементов, в частности тяжелого кислорода ¹⁸O, в кальцитных минералах, оставшихся на океанском дне после фораминифер, а также методику TEX₈₆, основанную на анализе лиапидов в останках архей. По мнению ученых, данные о среднем значении температуры океана и ее изменению в зависимости от широты помогут уточнить современные климатические модели и точнее предсказать возможный сценарий климатических изменений в результате глобального потепления.

Одна из эпох с уровнем углекислого газа выше современного — эоцен, который начался примерно 56 миллионов лет назад и закончился около 34 миллионов лет назад. Известно, что в течение всего этого периода содержание углекислого газа в атмосфере превышало 560 миллионных долей, а температура океана была, как минимум, на 10 градусов выше, чем сейчас. Однако из-за небольшой точности современных палеотемпературных методов и сложности калибровки, нет точных данные ни о температуре океана, ни о ее распределении по поверхности планеты. Например, информация о температуре поверхности моря в тропических зонах варьируется от 20 до почти 45 градусов Цельсия.

Группа геологов под руководством Дэвида Эванса (David Evans) из Йельского университета предложила использовать для измерения химического состава морской воды и температуры моря и на Земле в эоцене изотопный состав не только кислорода, но и содержание в морской воде изотопов кальция и магния. Эти два элемента входят в общую радиоактивную цепь, и соотношение их концентраций в раковинах можно использовать для определения температуры древнего океана. В своей работе геологи проанализировали данные о химическом состава раковин фораминифер возрастом от 35 до 56 миллионов лет, полученные как самими авторами, так и собранные другими учеными в предыдущих исследованиях.

На основании полученных результатов геологи провели реконструкцию химического состава воды в соответствующие временные интервалы и смогли значительно уточнить данные о температуре морской воды на поверхности на различных широтах. В частности, ученым удалось сильно ограничить возможный диапазон температуры поверхности моря в эоцене и показать, что она составляла от 30 до 36 градусов Цельсия.

Кроме того, ученые определили температуру океана в тропических зонах вблизи дна и в полярных областях планеты. Оказалось, что в течение всего эоцена она не опускалась ниже 10 градусов Цельсия. То есть температурный градиент по широте в эоцене было примерно на 32 процента меньше, чем сейчас. Это значит, что те климатические модели, которые используются сейчас, значительно недооценивают эффект полярного усиления нагревания морской воды в периоды повышенного содержания парниковых газов в атмосфере.

По словам ученых, полученные ими данные помогут значительно повысить точность изотопных палеотемпературных методов и компьютерных моделей, которые используются для климатических исследований.

Напомним, что недавно ученые обнаружили, что к палеоклиматическим данным, полученным о температуре океана с помощью изотопного анализа кислорода стоит относиться с осторожностью: оказалось, что в результате перекристаллизации он может меняться с течением времени. Однако данные о содержании кальция и магния в раковинах фораминифер служат источником более точных данных, позволяющих учесть возможную перекристаллизацию.

Александр Дубов