Понимание влияния «голубого» Северного Ледовитого океана на будущий климат требует скоординированных усилий по изучению прошлых тёплых периодов Земли с использованием различных классических и передовых методов.

Арктика переживает самые быстрые изменения климата на Земле, поскольку средние температуры там растут в четыре раза быстрее, чем на остальной планете. Критически важно, что среди многих экологических последствий этого потепления Северный Ледовитый океан движется к «голубому» состоянию, а это означает, что он всё больше освобождается ото льда в летние месяцы.

Этот сдвиг вызывает серьёзные опасения относительно будущего региона. Например, коренные народы Арктики в значительной степени зависят от стабильных ледовых условий для традиционной охоты, рыболовства и путешествий. По мере исчезновения льда эти виды деятельности становятся более опасными или невозможными, угрожая продовольственной безопасности, культурным практикам и передаче традиционных знаний. Глобальное геополитическое и экономическое давление также будет расти по мере открытия новых судоходных путей, получения ранее недоступных ресурсов для добычи и усиления международной конкуренции за эти ресурсы.

Однако в настоящее время учёные пытаются предсказать, как свободная ото льда Арктика отреагирует на более тёплый глобальный климат и усилит его. Отсутствие чётких климатических прогнозов для региона во многом обусловлено нехваткой ключевых геологических данных, описывающих прежние климатические условия и то, как Арктика реагировала на прошлые изменения, а также трудностями в интерпретации имеющихся у нас данных. Понимание этих данных необходимо для понимания того, как Арктика будет развиваться в ближайшие десятилетия.

Глубоководные осадочные керны предоставляют одни из лучших доступных архивов из Северного Ледовитого океана. Эти керны, пробуренные и собранные с участков по всему региону, содержат осадки, отложившиеся за сотни тысяч лет, которые дают подсказки о прошлых температурах океана, морском льде и ледяных щитах, а также изменениях циркуляции океана. Чтобы получить представление конкретно о том, как Арктика может отреагировать на будущее потепление — и более широкие последствия для планеты — учёные сосредотачиваются на прошлых «парниковых» состояниях, когда климат Земли был теплее, чем сегодня, например, на последнем межледниковье, около 130 000 лет назад.

Однако реконструкция тёплого климата прошлого по записям глубоководных кернов является сложной задачей, особенно потому, что хронологию осадков Северного Ледовитого океана установить сложно. Отсутствие биологических останков и растворение карбоната кальция в этих отложениях усложняют попытки определить их возраст (т.е. их хроностратиграфию). Кроме того, использование различных методов датирования и неопределённости относительно скоростей осадконакопления привели к противоречивым интерпретациям записей кернов и помешали разработке надёжной временной шкалы для истории климата Арктики [например, Stein et al., 2025].

Недавние достижения в исследованиях подняли вопросы о точности ранее опубликованных возрастов осадков Северного Ледовитого океана. Эти разработки также выявили сохраняющиеся неопределённости и необходимость понимания возможностей и ограничений различных инструментов датирования. Без этого понимания будет трудно с уверенностью идентифицировать и детализировать прошлые парниковые климаты, что, в свою очередь, ограничит способность применять знания об этих прошлых условиях для информирования климатических моделей.

Стратиграфический инструментарий Северного Ледовитого океана

Осенью 2024 года более 40 учёных собрались на конференции ArcSTRAT в Тромсё, Норвегия, чтобы обсудить последние исследования и то, как имеющиеся методы могут быть наилучшим образом использованы для разработки надёжной хроностратиграфической структуры или возрастной модели для арктических отложений. Дополнительные цели заключались в содействии общему пониманию истории климата региона и улучшении способности предоставлять точные данные разработчикам климатических моделей.

Ключевой проблемой при изучении палеоклимата Арктики является то, что скорости океанического осадконакопления обычно низкие по всему региону. Фактически, центральная часть Северного Ледовитого океана является одной из самых медленно аккумулирующих морских осадочных сред в мире из-за ограниченных источников осадконакопления и биологической продуктивности, подавления переноса осадочных пород морским льдом и захвата осадочных пород на широких циркумарктических континентальных шельфах.

Медленное накопление осадков приводит к тонким слоям осадков, что может затруднить получение чётких хронологических данных. Растворение карбоната кальция из отложений, которое может происходить там, где глубоководная морская вода недонасыщена по отношению к минералу, ещё больше снижает вероятность обнаружения датируемых микроископаемых в осадочной летописи.

В некоторых областях биостратиграфия (распределение древней жизни в осадочных породах) и геохронология стабильных изотопов (которая сравнивает соотношения нерадиоактивных изотопов, например, углерода или кислорода) могут использоваться для уточнения моделей возраста. В других областях необходимы альтернативные методы для обеспечения ограничений возраста. Такие методы включают магнитостратиграфию, которая датирует слои осадков путём корреляции их магнетизма с записью инверсий магнитного поля Земли; рацемизация аминокислот, которая измеряет зависящее от времени расщепление белков в окаменелостях, слишком старых для радиоуглеродного датирования; люминесцентное датирование, которое измеряет излучение, накапливающееся в материалах по мере их старения; и радионуклидное датирование.

 

Рис. 1. Возрастные модели осадков Северного Ледовитого океана могут включать данные многих аналитических методов. Представленный здесь керн осадка (коричневые полосы слева) взят из хребта Ломоносова вблизи географического Северного полюса. Фотографии верхних четырёх метров керна показаны рядом с обилием микрофоссилий (планктонных фораминифер) синим цветом и концентрацией космогенно полученного изотопа бериллия-10 (¹⁰Be) жёлтым цветом [Spielhagen et al., 1997]. Увеличение любого из этих параметров обычно связано с прошлыми межледниковьями. Глобальная бентическая (глубоководная) кривая кислорода-18 (δ¹⁸O) показывает отношение кислорода-18 к кислороду-16 с течением времени [Lisiecki and Raymo, 2005], подчёркивая хронологию межледниковых морских изотопных стадий (MIS; красные числа у дна) за последний миллион лет. Эта кривая показана над шкалой времени геомагнитной полярности, которая демонстрирует самую последнюю магнитную инверсию — от эпохи Матуяма до эпохи Брюнес — примерно 781 000 лет назад. В прошлом обычно применялись две модели возраста конечных членов: сценарий высокой скорости седиментации (SR) и сценарий низкой скорости седиментации. Эти модели дают сильно различающиеся оценки возраста для одного и того же осадочного слоя. Некоторые из ключевых новых данных (выделены красным), используемых для оценки вариантов возрастной модели, получены благодаря достижениям в области биостратиграфии (в частности, открытию Pseudoemiliania lacunosa, известкового наноископаемого, вымершего во время MIS 12) [Razmjooei et al., 2023], радиометрическому датированию объёмных осадков с использованием изотопов ряда распада урана протактиния-231 (²³¹Pa) и тория-230 (²³⁰Th) [Hillaire-Marcel et al., 2017] и рацемизации аминокислот, измеренной в окаменелых раковинах планктонных и бентосных фораминифер [West et al., 2023].

Недавние прорывы, особенно в применении радионуклидных методов, показали многообещающие результаты в повышении точности моделей возраста осадков Северного Ледовитого океана (рис. 1). Например, новые применения изотопов ряда урана (например, тория-230 и протактиния-231) были использованы для предложения новых возрастных ограничений для последовательностей морских осадков из важных топографических регионов, таких как хребты Менделеева-Альфа и Ломоносова, где низкая седиментация и плохая сохранность ископаемого материала препятствовали предыдущим попыткам датировать эти последовательности [Hillaire-Marcel et al., 2017]. Эти изотопы предсказуемо распадаются с течением времени, что позволяет учёным более уверенно датировать прошлые межледниковые периоды, включая последнее межледниковье и другие, произошедшие около 200 000 лет назад.

Эти новые ограничения возраста на основе радионуклидов частично подтверждаются недавними применениями более традиционных методов датирования, таких как биостратиграфия. В частности, недавно пересмотренная хронология арктических отложений для позднего плейстоцена (400 000–10 000 лет назад), установленная на основе анализа известкового нанопланктона, хотя и не идеально выровнена, показала меньшую неопределённость в идентификации межледниковых периодов в центральной части Северного Ледовитого океана [Razmjooei et al., 2023]. Отслеживание изменений в концентрации космогенных радионуклидов, таких как бериллий-10, в арктических отложениях также дало новые сведения о сроках межледниковий [Spielhagen et al., 1997].

Необходимость многометодного подхода

В целом низкие скорости седиментации в Северном Ледовитом океане приводят к образованию тонких слоёв осадка, которые требуют точного отбора проб и, поскольку не каждый метод датирования работает хорошо везде, тщательного выбора аналитических методов. Некоторые методы лучше подходят для изучения осадков из определённых мест, чем другие, поскольку условия окружающей среды в Арктике различаются, что способствует различным скоростям седиментации, различной сохранности ископаемых и таким нарушениям, как эрозия и биотурбация (переработка слоёв осадка живыми организмами).

В то время как опора на один метод для изучения осадков из Северного Ледовитого океана может привести к неточностям и пробелам в понимании, различные методы могут дополнять друг друга, предоставляя более полную и надёжную картину прошлого. Обсуждения на конференции ArcSTRAT подчеркнули важность использования многометодного подхода, объединяющего различные доступные стратиграфические и изотопные методы датирования.

Задача заключается в тщательном выборе соответствующих методов для изучения кернов из разных регионов, чтобы минимизировать ошибки и неопределённости и обеспечить надёжную реконструкцию прошлой арктической среды. В областях, где карбонат кальция хорошо сохранился (например, топографические возвышенности), биостратиграфия и изотопная геохронология чрезвычайно полезны. В областях, где это не так (например, глубокие бассейны), литография и магнитостратиграфия в сочетании с радионуклидным датированием могут быть лучшими вариантами.
За последние несколько десятилетий был разработан и применён настоящий набор инструментов различных методов датирования осадков Северного Ледовитого океана. Теперь эти инструменты должны быть интегрированы и применены для изучения недавно собранных архивов осадков.

Новые арктические архивы

Наряду с методологическими разработками, недавно были получены новые керны арктических осадков, в том числе во время экспедиции 403 Международной программы по исследованию океана. В 2024 году эта кампания успешно пробурила более 5 километров кернов осадков из пролива Фрама к западу от Шпицбергена, которые предлагают запись с высоким разрешением о прошлом арктического климата [Lucchi et al., 2024].

Научная цель этого бурения состояла в том, чтобы лучше понять океаническую систему и криосферу во время прошлых тёплых интервалов и то, как они связаны с высокой инсоляцией (воздействием солнечного света) и уровнями углекислого газа в атмосфере. Эта информация необходима для понимания климатической эволюции Северного полушария и динамики ледяных щитов, морского льда и циркуляции океана. Данные, полученные с помощью этих кернов, будут иметь неоценимое значение для изучения механизмов, приводящих к отсутствию льда в Арктике летом, а также для понимания влияния этих условий в Арктике и за её пределами.

В 2025 году арктическая экспедиция «Into The Blue» (i2B), финансируемая Европейским исследовательским советом по гранту Synergy, на борту R/V Kronprins Haakon сосредоточится на извлечении дополнительных уникальных архивов осадков из центральной части Северного Ледовитого океана. План состоит в том, чтобы использовать сочетание классических и передовых методов для максимально полного изучения истории климата Арктики, сопоставляя методы с требованиями каждого керна. Вместе со стратиграфическими методами эти методы включают анализ молекулярных биомаркеров, палинологию (изучение сохранившихся пыльцевых зерен и спор), древнюю ДНК, радионуклиды и стабильные изотопы для реконструкции прошлых условий морского льда, переноса тепла в океане и изменчивости криосферы во время более тёплых, чем сейчас, климатических состояний, таких как последнее межледниковье.

Многообещающее начало предстоящей работы

Конференция ArcSTRAT ясно дала понять, что предстоящая работа сложная, но многообещающая. Результаты и консенсус относительно координации многометодных подходов предоставят важную основу для анализа новых кернов из экспедиции i2B и, как авторы надеются, дополнительных будущих экспедиций. Встреча также помогла создать форум для дальнейшего сотрудничества и обмена знаниями между экспертами по стратиграфии Арктики — важный шаг к разрешению сохраняющихся различий между методами датирования и разработке надёжной хроностратиграфии Северного Ледовитого океана.

Поскольку Арктика продолжает меняться с беспрецедентной скоростью и приближается к «синему» лету, понимание её прошлого становится более важным, чем когда-либо. Собирая воедино климатическую историю прошлых парниковых состояний, учёные создают основу для более точных климатических моделей, необходимые для информирования о точных оценках глобального климата, которые, в свою очередь, направляют политические решения в странах и сообществах по всему миру.

С постоянными достижениями в наборе методов изучения стратиграфии океанических отложений, а также сбором новых записей об отложениях возникнеи лучшее положение для прогнозирования того, как Арктика отреагирует на дальнейшее потепление и каковы будут далеко идущие последствия этой реакции.

Литература
Hillaire-Marcel, C., et al. (2017), A new chronology of late Quaternary sequences from the central Arctic Ocean based on “extinction ages” of their excesses in ²³¹Pa and ²³⁰Th, Geochem. Geophys. Geosyst., 18(12), 4,573–4,585, https://doi.org/10.1002/2017GC007050.
Lisiecki, L. E., and M. E. Raymo (2005), A Pliocene‐Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic δ¹⁸O records, Paleoceanography, 20(1), PA1003, https://doi.org/10.1029/2004PA001071.
Lucchi, R. G., et al. (2024), Expedition 403 preliminary report: Eastern Fram Strait paleo-archive, Int. Ocean Discovery Program, https://doi.org/10.14379/iodp.pr.403.2024.
Razmjooei, M. J., et al. (2023), Revision of the Quaternary calcareous nannofossil biochronology of Arctic Ocean sediments, Quat. Sci. Rev., 321, 108382, https://doi.org/10.1016/j.quascirev.2023.108382.
Spielhagen, R. F., et al. (1997), Arctic Ocean evidence for late Quaternary initiation of northern Eurasian ice sheets, Geology, 25(9), 783–786, https://doi.org/10.1130/0091-7613(1997)025%3C0783:AOEFLQ%3E2.3.CO;2.
Stein, R., et al. (2025), A 430 kyr record of ice-sheet dynamics and organic-carbon burial in the central Eurasian Arctic Ocean, Nat. Commun., 16, 3822, https://doi.org/10.1038/s41467-025-59112-7.
West, G., et al. (2023), Amino acid racemization in Neogloboquadrina pachyderma and Cibicidoides wuellerstorfi from the Arctic Ocean and its implications for age models, Geochronology, 5(1), 285–299, https://doi.org/10.5194/gchron-5-285-2023.

 

Ссылка: https://eos.org/science-updates/finding-consensus-on-arctic-ocean-climate-history