Мегакерн Beyond EPICA раскрыл резкие скачки CO₂ миллион лет назад

Учёные пробурили ледяной керн рекордной длины возрастом около 1,2 миллиона лет. В заключённом внутри древнем воздухе зафиксированы резкие скачки концентрации углекислого газа, которые могут объяснить изменения ритма ледниковых эпох на Земле.

Образец представили на этой неделе на генеральной ассамблее Европейского союза геологических наук. Он стал итогом десяти лет работы и бурения на глубину 2,8 километра в Антарктиде в рамках европейского проекта Beyond EPICA. Полученные данные впервые дают прямое и детальное представление о колебаниях парниковых газов в ключевой климатический период от 800 тысяч до 1,25 миллиона лет назад, когда циклы оледенений сменились с 40 тысяч лет на более длительные и мощные 100-тысячелетние периоды.

Палеоклиматолог Эдвард Брук из Университета штата Орегон отметил значимость результата. По его словам, такие ледяные керны позволяют заглянуть в прошлое достаточно глубоко, чтобы увидеть изменения климатических условий Земли. Он возглавляет исследование антарктического «голубого льда», который сохраняет климатические фрагменты возрастом до 6 миллионов лет, однако эти данные разрознены и сложны для интерпретации.

В отличие от этого, в районе Малого Купола С в центральной Антарктиде специалисты проекта Beyond EPICA извлекли непрерывную слоистую летопись, сформированную ежегодным накоплением снега. Это расширило предыдущие данные проекта EPICA ещё на 400 тысяч лет в прошлое, где ранее уже использовались керны с двух других участков.

Удлинённая хронология позволила детально изучить переходный период среднего плейстоцена. Он начался около 2,6 миллиона лет назад, когда климат колебался между относительно мягкими оледенениями каждые 40 тысяч лет, что связывают с орбитальными изменениями Земли. Позднее, около 1,25 миллиона лет назад, система перешла к циклам в 100 тысяч лет с более глубокими похолоданиями, которые сохраняются до настоящего времени. При этом орбитальные параметры Земли не изменялись, что указывает на внутренние изменения климатической системы.

Керн Beyond EPICA показывает, что примерно 950 тысяч лет назад, в конце тёплого межледникового периода, концентрация углекислого газа выросла на 50 частей на миллион за несколько тысяч лет. Затем уровень CO₂ снизился до 170 ppm — самого низкого значения, зафиксированного в непрерывных ледяных кернах. Для сравнения, современный показатель превышает 420 ppm. Этот минимум совпал с первым устойчивым 100-тысячелетним циклом оледенения.

Флориан Краусс из Бернского университета, проводивший измерения, отметил, что пока неясно, связано ли это событие с завершением переходного периода или представляет собой длительный процесс. Он подчеркнул его значимость для понимания климатических изменений.

По его данным, за сотни тысяч лет позднего периода оледенений средний уровень углекислого газа снизился лишь на 20–25 ppm. Более выраженной оказалась изменчивость между ледниковыми и межледниковыми фазами. Особенно заметно падение CO₂ в ледниковые периоды до минимального уровня 170 ppm в первом 100-тысячелетнем цикле.

Подобные тенденции подтверждаются косвенными данными, полученными из донных отложений, где анализируются остатки морских организмов. В их раковинах содержится бор, изотопный состав которого отражает кислотность океана и связан с уровнем углекислого газа в атмосфере.

Палеоклиматолог Джеймс Рэй из Университета Сент-Эндрюс, работающий с этими данными, отметил согласованность разных методов реконструкции CO₂. По его словам, различные подходы дают схожие средние значения.

Однако результаты Beyond EPICA отличаются от данных по «голубому льду», которые ранее показали стабильность уровня CO₂ в определённые периоды, что ставило под сомнение роль парниковых газов. При этом структура голубого льда неоднородна и может усреднять климатические сигналы, скрывая колебания. Эдвард Брук считает, что прямого противоречия между наборами данных нет.

Причины резкого изменения углекислого газа около 950 тысяч лет назад остаются предметом анализа. Изотопы углерода в пузырьках воздуха керна указывают на происхождение CO₂. Обычно лёгкий углерод связан с глубинными океаническими слоями, где он образуется при разложении органического материала морских водорослей, предпочитающих изотоп углерода-12.

Если бы значительный объём углерода из глубин океана попал в атмосферу, изотопный состав воздуха стал бы легче. Однако в керне этого не наблюдается, что говорит о сохранении углерода в океанических глубинах. Это может быть связано с изменением океанических течений на фоне роста ледяных щитов.

Флориан Краусс отметил, что в глубинах океана постепенно накапливался углерод.

Полученные данные также противоречат гипотезе реголита, связанной с изменением структуры ледниковых щитов. Согласно этой теории, со временем ледники должны были разрушать рыхлые породы до основания, что влияло бы на их движение и приводило к изменению длительности циклов оледенений. Однако для объяснения резкого перехода потребовалось бы исчезновение реголита к 950 тысячам лет назад, что выглядит маловероятным.

Хубертус Фишер из Берна, один из руководителей проекта Beyond EPICA, отметил, что такое изменение слишком радикально для природного процесса.

Дополнительные данные по тетрафториду углерода (CF4), который выделяется при разрушении гранита, также не подтверждают гипотезу реголита. Йохен Шмитт из Берна сообщил, что роста концентрации CF4 в керне не зафиксировано.

Джеймс Рэй отметил, что углекислый газ остаётся ключевым фактором климатических изменений и в древних климатических системах.

Читайте также: