Северное полушарие земли в ледниковый период. Изображение: wikipedia.org
Эру ледниковых периодов миллион лет назад вызвала остановка течений, заявляют ученые
Практически полная остановка течений заставила морские воды поглощать больше углекислоты, что лишило Землю весомой части ее «тепловой рубашки» и заметно снизило среднегодовые температуры на планете, считают авторы статьи в журнале Science. Этот процесс стал причиной наступления эры ледниковых периодов, которая началась примерно миллион лет назад.
«Открытие настолько сильной «аварии» в работе океанического конвейера было большим сюрпризом для нас. Она позволила ледовым щитам вырасти в то время, когда они должны были растаять. Это стало причиной первого ледникового цикла длиной в 100 тысяч лет. В это время площадь ледников должна была достигнуть некой критической отметки, после которой система течений в мировом океане навсегда перешла бы в слабый режим», — поясняет один из авторов статьи Стивен Гольдштейн из университета Колумбии в Палисейде (США).
Гольдштейн и его коллега по университету Леопольдо Пена изучили химический и изотопный состав минералов, сформировавшихся в так называемый среднеплейстоценовый переход — предпоследнюю геологическую эпоху в истории Земли, которая характеризовалась суровым климатом и постоянными циклами наступления и отступления полярных шапок.
В первую половину плейстоцена, во время формирования так называемых гелазского и калабрийского ярусов, периоды наступления ледников и потепления были относительно слабыми и сменяли друг друга достаточно часто — каждые 40 тысяч лет. Их смену ученые связывали с так называемыми циклами Миланковича: изменениями в количестве попадающего на Землю солнечного света из-за микроскопических изменений в наклоне земной орбиты под действием других планет.
После среднеплейстоценового перехода циклы оледенения и межледниковья стали сменять друг друга каждые 100 тысяч лет в результате изменений в степени «округлости» орбиты Земли. Палеоклиматологи и геологи до сих пор не пришли к единому мнению, почему произошел переход и закончился ли этот цикл. Ответ на вопрос поможет спрогнозировать, как будет меняться климат планеты в ближайшие годы и когда из-за парниковых газов сократится площадь ледовых шапок.
Леопольдо Пена изучает образец осадочной породы. Фото: Kim Martineau / sciencemag.org
Гольдштейн и Пена обратили внимание на резкое сокращение доли углекислоты в атмосфере, о чем свидетельствуют десятки самых различных геологических индикаторов в породах среднеплейстоценового перехода.
Поскольку океан содержит в себе в десятки раз больше углекислого газа, чем атмосфера, авторы статьи предположили, что какие-то климатические или геологические процессы могли изменить способность морей удерживать углекислоту и вызвать переход к длинным ледниковым циклам.
Палеоклиматологи проанализировали несколько сотен образцов добытых со дна Атлантики пород, сформировавшихся до, после и во время среднеплейстоценового перехода.
Как отмечают ученые, доли некоторых веществ или их изотопов в морских горных породах зависят от температуры воды, ее солености и других свойств океана. Это позволяет проследить, как менялся климат планеты в период их формирования.
При изучении образцов геологи из университета Колумбии избрали относительно необычный геохимический индикатор: соотношение двух изотопов редкоземельного метала неодима — неодима-143 и неодима-144. Первый из них стабилен и попадает в мировой океан в результате разрушения горных пород водами рек, второй — относительно стабильный радиоизотоп, чьи атомы возникают в результате распада других радионуклидов. Больше 15 лет назад Гольдштейн выяснил, что неодим крайне инертен в морской воде и не привлекает внимания морских организмов, из-за чего доля изотопов этого металла в осадочных породах зависит, по сути, лишь от одного параметра — скорости циркуляции вод над той точкой, где осаждаются его атомы.
Это позволило ученым оценить, как менялся рисунок океанических течений в середине плейстоцена. Глобальная система течений, так называемый океанический конвейер, охватывает все океаны Земли и напрямую влияет на климат, перенося тепло из экваториальных и тропических вод в умеренные и приполярные регионы. Кроме того, как отмечают ученые, конвейер интенсивно перемешивает воды мирового океана и заставляет часть углекислоты вернуться обратно в атмосферу.
Судя по долям неодима в породах, сформировавшихся в начале среднеплейстоценового перехода, скорость движения течений начала резко снижаться примерно 960 тысяч лет назад, достигнув минимума примерно 900 тысяч лет назад, когда глобальный конвейер практически остановился. В результате этого доля СО2 в воде, как на это указывает состав раковины рачков и одноклеточных водорослей, резко выросла, а его содержание в атмосфере упало. На Земле вместо потепления начался период сильнейшего оледенения, которое продлилось до отметки в 860 тысяч лет назад, когда работа «тепловой рубашки» планеты начала восстанавливаться.
Впоследствии нормальная работа конвейера так и не восстановилась: скорость океанических течений в последний миллион лет заметно ниже той, что была в первой половине плейстоцена. Кроме того, после среднеплейстоценового перехода течения во время ледниковых периодов начали замедлять ход, что могло усиливать рост полярных шапок, во время самых суровых оледенений они достигали широт Краснодара и Вашингтона.
Важно, что эти изменения в работе океанического конвейера происходили за несколько тысяч лет до того, как климат планеты претерпевал очередную перестройку. Данный факт позволяет Гольдштейну и Пене говорить, что не только астрономические факторы, но и остановка течений были причиной начала среднеплейстоценового перехода и эпохи длинных ледниковых периодов.
Источник