Во время ледниковых периодов уровень моря падает, потому что огромные количества воды хранятся в массивных внутренних ледниках. Однако на данный момент компьютерные модели не могут сопоставить высоту уровня моря с толщиной ледников. Используя новые инновационные вычисления, группе климатических исследователей во главе с Институтом Альфреда Вегенера удалось объяснить это несоответствие. Исследование, которое было опубликовано в журнале Nature Communications, может значительно продвинуть исследования истории климата нашей планеты.
Во время перехода от ледникового периода к межледниковью ледники Гренландии, Северной Америки и Европы увеличиваются и уменьшаются в течение десятков тысяч лет. Чем больше воды хранится в ледниках, тем меньше ее в океанах и тем ниже уровень моря. В настоящее время исследователи климата изучают, в какой степени ледники могут растаять в ближайшие столетия из-за антропогенного изменения климата и насколько в результате повысится уровень моря. Для этого они оглядываются на прошлое. Если они смогут понять рост и таяние льда во время прошлых периодов времени, они смогут сделать ценные выводы о будущем.
«Проблема отсутствующего льда»
Однако реконструкция далекого прошлого – непростая задача, поскольку толщину ледников и уровень моря нельзя измерить напрямую. Соответственно, исследователи климата должны кропотливо собирать доказательства, которые затем могут быть использованы для создания картины прошлого.
Проблема – появляются разные картинки, в зависимости от типа собранных доказательств. Мы не можем с абсолютной уверенностью сказать, какой была ситуация десять тысяч лет назад. Эта «проблема отсутствующего льда» долгие годы оставалась нерешенной. В ней описывается несовместимость двух различных научных подходов, которые стремились согласовать высоту уровня моря и толщину ледника на пике последнего ледникового периода, активного около 20 000 лет назад.
Группа экспертов по климату во главе с Эваном Гованом из Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований имени Гельмгольца (AWI) в Бремерхафене решила эту проблему, используя новый метод.
«Похоже, что мы нашли новый способ реконструировать прошлое на 80 000 лет назад», – рассказывает доктор Гован, который исследовал проблему около десяти лет.
Анализ отложений и моделирование глобального климата
«Проблема отсутствующего льда» основана, с одной стороны, на анализе отложений из керновых проб, собранных с морского дна в тропиках. Они содержат следы кораллов, которые все еще могут показать, насколько поднялся или упал уровень моря за тысячелетия. Почему? Потому что кораллы обитают только в хорошо освещенных водах у поверхности океана.
Керны отложений показывают, что 20 000 лет назад уровень моря в тропиках был примерно на 130 метров ниже, чем сегодня. С другой стороны, предыдущие модели предполагали, что 20 000 лет назад ледниковые массы были недостаточно большими, чтобы объяснить такой низкий уровень моря. Если быть более точными, для того, чтобы уровень моря был таким низким, в глобальном масштабе необходимо было бы заморозить дополнительный объем воды, вдвое превышающий массу Гренландского ледяного щита – тот самый «отсутствующий лед».
Понимание ледникового поведения
С помощью своего нового метода Гован согласовал уровень моря и массу ледника: согласно его расчетам, уровень моря в то время был на 116 метров ниже, чем сегодня.
Исходя из его подхода, нет никаких расхождений по массе ледников. В отличие от предыдущей глобальной модели, Гован внимательно изучил геологические условия в ледниковых регионах: насколько крутой была поверхность льда? Куда текли ледники? Насколько сильно камни и осадки у основания льда сопротивлялись потоку?
Его модель использует все эти аспекты. Также учитывается, в какой степени ледяной покров давил на земную кору в соответствующих областях. «Это зависит от того, насколько вязкой была нижележащая мантия», – объясняет Гован. «Мы основываем наши расчеты на различной вязкости мантии и, следовательно, получаем разные массы льда».
Установленная модель ошибочна
В недавней статье Гована и его команды критически пересматривается давно устоявшийся научный метод, используемый для оценки массы ледников – метод изотопов кислорода.
Изотопы – это атомы одного и того же элемента, которые имеют разное количество нейтронов и, следовательно, разные массы. Кислород, например, имеет более легкий изотоп 16O и более тяжелый изотоп 18O. Согласно традиционной теории, более легкий 16O испаряется из океанов, а более тяжелый 18O остается в воде. Соответственно, во время ледников, когда образуются большие внутренние ледники и объем воды в океанах уменьшается, концентрация 18O в океанах должна увеличиться.
Однако, как было показано, эта устоявшаяся модель порождает расхождения, когда дело доходит до согласования высоты уровня моря и массы ледников за период 20 000 лет назад и ранее.
«В течение многих лет изотопная модель часто использовалась для определения объема льда в ледниках до периодов в несколько миллионов лет назад. Наше исследование ставит под сомнение надежность этого метода», – говорит Гоуэн.
Его дальнейшая цель – использовать свой новый метод для улучшения традиционного метода изотопов кислорода.