Что ломает климат планеты?

Что заставило планету метаться между экстремальными климатическими проявлениями?

Климатологи смотрели на Землю, как на танцовщицу, двигающуюся в величественном и предсказуемом ритме ледниковых периодов. Охлаждение и разогрев планеты следовали за хорошо понятными колебаниями её орбиты. Огромные ледяные щиты поглощали северные земли, а затем отступали. Уровень моря опускался и поднимался. Леса перемещались на юг и затем возвращались. Изменения происходили размеренно, степенно, важно, как и сам ход Земли вокруг Солнца.

Но открытия, касающиеся последнего ледникового периода, превращают образ климатического вальса в нечто, напоминающее пьяную скачку. В течение последней ледниковой эпохи экстремально холодный климат с поразительной скоростью неоднократно сменялся теплым, и наоборот. В рамках этих климатических катаклизмов Североамериканский ледяной покров извергал огромное количество айсбергов, заполнявших Северную Атлантику.

Ученые в замешательстве: орбитальные циклы, которые, как считалось, контролируют ледниковые периоды, бессильны в отношении свидетельств быстрых климатических изменений.

«Стало очевидно, что климатическая теория не завершена. Необходимо развивать следующую часть теории для объяснения краткосрочных событий, которые, — когда мы смотрим на них с контекста нашей жизни, — представляются нам более драматичными». — Джерард Бонд, морской геолог из Центра изучения Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета.

Когда айсберги ледникового периода заполняли Лабрадорское море, они сбрасывали светлую породу, которая меняла цвет донных отложений в этом регионе.

Не разобравшись с механизмом, который резко ломал климат ледникового периода, ученые не могут нам гарантировать стабильность современной межледниковой оттепели. Большая часть новостей о нестабильности климата появилась в связи с двумя буровыми проектами в центре Гренландии, когда была пробурена ледниковая шапка толщиной в 3 километра. Подобно подсчету годичных колец деревьев, ученые смогли заглянуть в прошлое благодаря годичным слоям льда, чтобы узнать, как менялись температура, концентрация газа и другие факторы в течение последней ледниковой эпохи, которая продолжалась от 115 000 до 10 000 лет назад.

Хотя термин «ледниковый период” вызывает в воображении картину неумолимого холода, на самом деле температуры в течение этого периода несколько раз поднимались близко к своим межледниковым значениям, и после передышки в несколько сотен-несколько тысяч лет резко возвращались к средним значениям. Вилли Дансгаард из Копенгагенского университета и Ханс А. Эшгер из Бернского университета в Швейцарии впервые обнаружили намеки на эти колебания в кернах гренландского льда, пробуренных в конце 1960-х и начале 1980-х годов. Но плохое качество старого льда не придавало их выводам уверенности.

Два новых гренландских керна, которые почти идеально совпали друг с другом, подтвердили так называемые события Дансгаарда-Эшгера. Оказалось, что температура скачкообразно изменялась за десятилетия, а в некоторых случаях, и за несколько лет — намного быстрее, чем считалось ранее.

Но какое отношение к условиям остального мира имеет климат в Гренландии? Пока свидетельства климатических изменений были ограниченны контуром Гренландии, исследователи могли лишь задаваться вопросом о влиянии быстрых перемен, которые там были обнаружены, на другие части земного шара.

В 1988 году Хартмут Хайнрих, работавший в восточной части Северной Атлантики, описал обнаружение шести необычных слоев донных отложений, содержащих аномально высокий процент частиц горных пород.

Чтобы объяснить эти полосы, Генрих, работающий в Федеральном морском и гидрографическом агентстве в Гамбурге, предположил, что огромные армады айсбергов пересекали Атлантику шесть раз за время последнего ледникового периода, сбрасывая измельченную породу по мере таяния. Айсберги, по-видимому, откололись от ледяного покрова Лаурантайд, который покрывал Канаду и некоторые районы Соединенных Штатов.

Открытие Генриха оставалось малоизвестным до 1992 года, пока Уоллес С. Брокер из Ламонт-Доэрти не обратил внимание на выбросы айсбергов и назвал их событиями Генриха в честь немецкого первооткрывателя. Бонд, Хайнрих, Брокер и некоторые другие продемонстрировали, что характерные слои отложений распространились по большей части Северной Атлантики, от Ньюфаундленда до Португалии, свидетельствуя об флотилиях айсбергов — 16.000, 23.000, 29.000, 39.000, 52.000, и 65.000 лет назад.

Следы континентального мусора (debris) явно указывали на его происхождение — вдоль Гудзонова пролива, к северу от Лабрадора, — поскольку отложения, собранные с этих мест, содержали наибольшую концентрацию обломков горных пород, причем к востоку она уменьшалась.

В прошлом году Бонд и его коллеги объединили разрозненные открытия, сделанные в океанском иле и гренландском льду. События Генриха, отметили они, произошли во время самых холодных и продолжительных периодов циклов Дансгаарда-Эшгера. Сразу после каждого выброса айсбергов температура воздуха и моря резко повышалась, приближаясь к благоприятным условиям. Затем климат мчался «на американских горках» навстречу очередному холодному периоду.

Поначалу казалось, что события Генриха ограничиваются Северной Атлантикой, но их следы были обнаружены и в других частях света. Джордж Х. Дентон из Университета штата Мэн в Ороно, выявляя климатические условия в Чили, датировал морены — скалистые отложения, оставленные отступающими ледниками. Морены указывали на то, что низкие температуры продвигали горные ледники вниз по склону одновременно с тремя самыми последними событиями Генриха. Предполагалось, что западная часть Южной Америки охлаждалась одновременно с Северной Атлантикой.

Пытаясь объяснить события Генриха, исследователи, как правило, искали ответы в регионах, которые они лучше знали. Гляциологи сначала обратили внимание на Лаврентьевский ледяной покров, который отторгает айсберги, дрейфующие в холодных водах Северной Атлантики. Дуглас Р. Макайил из Чикагского университета выдвинул теорию, которая описывает нестабильность ледяных щитов, проходящих через циклы роста и разрушения.

В этой модели ледяной покров поначалу стабилен, примерзает к земле и накапливается слой за слоем. Наконец лед становится достаточно толстым, чтобы теплоизолировать основание от низких температур на поверхности.

Тепло Земли нагревает нижнюю часть ледникового покрова, основание тает, и гигантский ледник начинает быстро «растекаться» по поверхности суши. Большая часть ледяного покрова погружается в морские воды, поднимая уровень мирового океана на 2 метра за короткий промежуток в несколько столетий. После истончения льда, ледник снова примерзает к земле и утолщается в очередном цикле.

Когда Макайил вводил приблизительные оценки атмосферных условий ледникового периода в свою модель «бешеной чистки» (binge-purge = разгульный «пурге» или «безудержного поноса», как изволит автор), Лаврентьевский ледяной покров производил события Генриха с интервалом в среднем в 10 000 лет, что примерно соответствует фактическому (ох уж эти журналисты!) циклу.

В то время как эта ледяная модель привлекает гляциологов, некоторые геологи, изучающие отложения морского дна, пытаются построить модель с большим контекстом. В конце мая на заседании Американского геофизического союза в Балтиморе Бонд сообщил о том, что найдены свидетельства сбрасывания льда во многих других регионах примерно в то же время, что и в северной части Лаврентийского ледникового щита. Исландия и южная часть Лаврентьевского
залива также оставили свои следы в слоях отложений некоторых событий Генриха. По словам Бонда, модель binge-purge Макайила с трудом объясняет, почему две совершенно разные части Лаврентийского ледникового щита, а также Исландского ледникового щита, должны были разрушиться одновременно.

Данные Дентона из Южной Америки представляют еще большие затруднения для упрощенной модели «разгульного поноса». «Нам трудно объяснить вот что — последствия событий Генриха присутствуют во всем мире, в том числе и в Южном полушарии», — рассказывает Макайил, который пытается изменить модель. Он считает, что «теоретическое объяснение событий Генриха вот-вот претерпит кардинальные изменения».

По мнению некоторых исследователей, море действительно может дать ответ на этот вопрос, так как в события Генриха сбрасывалось огромное количество пресноводного льда в Северную Атлантику, которое могло изменять основные океанские течения, и тем самым распространять свое влияние на другие части земного шара.

Северная Атлантика занимает критическое климатическое положение. По мере того как теплая вода из тропической Атлантики движется на север, поверхностный слой её испаряется. Вода охлаждается, становится солонее, её плотность увеличивается, и вот уже эта тяжелая вода погружаясь в глубины океана, поворачивает на юг, достигает и огибает южную оконечность Африки.

Перенося тепло из тропиков к полюсам, конвейерная система течений помогает выравнивать температуру в современном мире. Но таяние айсбергов во время событий Генриха тормозило конвейерную ленту, добавляя пресную воду в Северную Атлантику, делая воду слишком легкой для погружения. Тем самым основное течение замедлялось или даже останавливалось, тепло уже не распространялось по земному шару с той же эффективностью, как раньше, что приводило к резкому похолоданию в регионах, удаленных от тропиков.

Такие сценарии предполагают, что выбросы с Лаврентьевского ледникового щита вызывали глобальные климатические изменения. Но Дентон и другие задаются вопросом, имеет ли эта теория обратный ход: что, если земной шар остывал первым, подстегивая продвижение ледников в Чили в то же время, когда были вызваны и события Генриха в Северной Атлантике?

Если это так, исследователи должны искать какой-то фактор, который заставлял планету нагреваться и охлаждаться каждые 10 000 лет или около того. Заманчиво искать ответы в причудах земной орбиты, — излюбленном объяснении длительного цикла ледникового периода, — и действительно, некоторые исследователи пробуют этот путь. Но самое короткое известное колебание орбиты — колебание оси вращения Земли — имеет период в 20 000 лет, что слишком много для периодичности событий Генриха и еще более частых колебаний Дансгаарда-Эшгера.

Тем, кто ищет ответы на проблему ледникового периода, возможно, придется переключить свое внимание с полярных регионов на более теплые края. Джером Шаппеллаз из лаборатории гляциологии и геофизики окружающей среды, расположенной в Сен-Мартен-д’Эрес-Седекс, Франция, и его коллеги обратили внимание на тропики в прошлом году, когда сообщили об исследовании метана в ледяном керне Гренландии. С 40 000 до 8 000 лет назад концентрация метана в атмосфере резко возросла согласованно с местными температурами в Гренландии, объявили они в 2 декабря в Nature. Чаппеллаз предполагает, что изменение содержания метана в более низких широтах возможно спровоцировало повышение температуры в Гренландии.

Брокер Ламонта-Доэрти сейчас тоже смотрит в сторону тропиков. Ранее он рассматривал конвейерное течение Атлантики как причину большинства климатических изменений во время ледниковых периодов. Но новые свидетельства глобальных температурных сдвигов убедили Брокера в том, что тропический океан может представлять собой критический и пока еще не замеченный фактор изменений во время ледниковых эпох.

С таким количеством новых находок, появляющихся каждый месяц, ученые пытаются разобраться в разрозненных свидетельствах о скачках ледникового периода. В глубине души они признают, что древние события имеют отношение к насущной проблеме глобального потепления. Может ли быть скрыт в современном климате изначально нестабильный элемент, способный спровоцировать резкие колебания в ответ на накопление в атмосфере парниковых газов? Или было что-то уникальное в ледниковом периоде Земли — например, существование Лаврентийского ледникового щита, — что обусловило восприимчивость климата к серьезным изменениям только в этот период?

Бонд, например, отчаялся в поисках быстрого решения проблемы ледникового периода.
«Всё становится настолько сложным, — говорит он, — что иногда мне кажется, что мы движемся вспять».

Ричард Монастерски.