Исследователи определили то, что они называют «последней ледяной зоной», 2000-километровый участок океана к северо-западу от Гренландии, где летний ледяной покров Арктики может сохраняться ещё несколько десятилетий. Как сообщается в журнале Geophysical Research Letters, площадь морского льда в Северном Ледовитом океане сократилась в среднем более чем на треть с 1984 по 2018 гг. Только в двух частях «последней ледовой зоны» - на одном участке непосредственно к северу от Гренландии и в ещё одной полосе, расположенной более чем в 1300 километрах к западу вдоль самых северных островов Канады, - почти весь год сохраняется покрытие морским льдом, говорят исследователи. В отличие от остальной части Северного Ледовитого океана, толщина льда в этих двух регионах достигает максимум 4 метров или около того. Но новый анализ авторов исследования также показывает, что потери льда там происходят в два раза быстрее, чем где-либо ещё в Северном Ледовитом океане. Учёные утверждают, что эти две области постоянного (на данный момент) морского льда могут быть последними северными ареалами, где дикие животные, выживание которых в значительной степени зависит от наличия морского льда, такие как белые медведи, моржи и нарвалы, могут существовать в условиях потепления.

Ссылка: https://www.sciencemag.org/news/2019/11/watch-arctic-s-sea-ice-slowly-disappear

Парижское соглашение 2015 года установило цель не допустить рост глобальной средней температуры поверхности более чем на 2 градуса Цельсия по отношению к её доиндустриальному уровню. Это амбициозная цель, которая потребует существенного снижения уровня выбросов долгоживущих парниковых газов. Представленная работа обеспечивает математическую основу (на базе результатов современных климатических моделей) для расчёта выбросов парниковых газов согласно предписанным сценариям, соответствующим цели Парижского соглашения. Уникальность работы заключается в том, что, стартуя с временных рядов глобальной средней температуры поверхности, эффективно рассчитываются выбросы, допустимые для достижения вышеупомянутой цели, что делает эту работу мощным ресурсом для политиков. Результаты работы показывают, что в ближайшие годы выбросы аэрозоля играют большую роль в определении допустимых выбросов парниковых газов, которые ограничат будущее потепление двумя градусами, однако в долгосрочной перспективе при любых разумных сценариях аэрозолей требуется резкое сокращение выбросов парниковых газов. При больших будущих выбросах аэрозолей, аналогичных сегодняшним, чтобы ограничить потепление до 2°C, эмиссия парниковых газов должна быть сокращена на 8% к 2040 г. и на 74% к 2100 г. При более вероятном сценарии с низким аэрозолем выбросы парниковых газов должны быть сокращены на 36% и 80% к 2040 и 2100 гг. соответственно. Предусмотренные Парижским соглашением национальные вклады в сокращение эмиссии парниковых газов недостаточны для достижения этой цели.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-019-52901-3.pdf

На каждый 1˚C глобального потепления частота самых сильных осадков почти удвоится

Очень сильные дожди, которые редки в нашем текущем климате, вероятно, в будущем участятся, вследствие происходящего потепления. Учёные предполагают, что изменение климата приведёт к увеличению среднеглобального количества осадков, потому что чем теплее атмосфера, тем выше концентрации водяного пара в воздухе. По той же причине экстремально сильные ливни в будущем могут превосходить интенсивность самых сильных дождей сегодня.

Гуннар Мире (Gunnar Myhre) из Центра международных исследований климата в Осло и его коллеги исследовали, может ли глобальное потепление также изменить частоту экстремальных осадков. Используя исторические данные о погоде и результаты климатического моделирования, они обнаружили, что самые сильные выпадения осадков, зафиксированные сегодня, будут происходить почти в два раза чаще с каждой последующим ростом среднеглобальной температуры на 1˚C.

Таким образом, общее количество осадков от экстремальных погодных явлений также может примерно удвоиться при потеплении на один градус, что может оказать серьёзное воздействие на общество.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/d41586-019-03429-z

Проблема изменений климата становится все актуальнее. Еще сравнительно недавно существовали разные точки зрения на причины и масштабы происходящего. Сейчас профессиональное научное сообщество придерживается общего мнения: глобальное потепление есть, дискуссия идет только о сравнительной роли разных механизмов и прогнозах. Это мы и обсудили с профессором, выпускником Физтеха, академиком РАН Игорем Моховым.

Игорь Иванович Мохов, выпускник ФМХФ МФТИ, академик РАН, участник подготовки докладов по изменению климата межправительственной группы экспертов по изменению климата, получившей в 2007 году Нобелевскую премию мира, научный руководитель Института физики атмосферы (ИФА) им. Обухова РАН, руководитель отдела исследований климатических процессов и лаборатории теории климата ИФА, профессор кафедры термогидромеханики океана МФТИ и заведующий кафедрой физики атмосферы МГУ.

Как Физтех стал климатологом

Я окончил факультет молекулярной и химической физики Физтеха. Его тематика очень широкая: там и биофизика, и физика плазмы. Меня всегда тянуло к пониманию естественных процессов, в частности, атмосферы и климата. Хотелось в этом разобраться с использованием физмат-методов. Поступил в аспирантуру в Институт физики атмосферы, под научное руководство Георгия Сергеевича Голицына. Тематика диссертации была связана с климатическими моделями, в том числе моделями термодинамического типа. 

Были получены довольно интересные результаты, на которые ссылаются до сих пор. Я показал аналитически с использованием простой модели, что климат Земли близок к состоянию максимального производства энтропии в системе. Кроме того, получил условия устойчивости и чувствительности климата нашей планеты в зависимости от разных климатических обратных связей — положительных и отрицательных. Я искал, например, ответ на вопрос, при каком изменении приходящей солнечной радиации Земля может «свалиться» в состояние белого шарика, покрытого снежно-ледовым покровом. Оказалось, климат Земли более устойчив, чем ранее считалось, и тем более устойчив, чем больше облачный покров. 

Про глобальное потепление

Когда говорят о глобальном потеплении, обычно имеют в виду изменения у поверхности планеты и в тропосфере — в нижних 10–15 километрах. Выше — в стратосфере и мезосфере — наоборот идет выхолаживание. Это один из индикаторов того, что современные изменения климата связаны с антропогенным фактором.

Если говорить про изменения климата глобальные и у поверхности, казалось бы, они небольшие — порядка градуса. На региональном уровне эти изменения существенны. В России теплеет в 2,5 раза быстрее, чем в целом на планете, а в отдельных северных регионах разница еще больше, в том числе и потому, что на севере существенна роль снежного покрова.

Крест в изменении площади льда

Недостаточно наблюдать за изменениями климата только у поверхности — важно понимать как на разных высотах меняется температурный режим. По этим изменениям можно оценивать роль различных механизмов: вулканической и солнечной активности, парниковых газов, антропогенного аэрозоля. В ИФА с конца 50-х годов проводились измерения светимости ночного неба, по которым восстанавливалась температура на уровне мезопаузы — около 90 км. Казалось бы, какое отношение к изменениям у поверхности — слишком высоко. Выяснилось, что в последние десятилетия там очень быстро падала температура, гораздо быстрее, чем росла у поверхности. Это важный индикатор механизмов происходящих изменений климата и роли изменений в атмосфере содержания парниковых газов.

Два полюса

Самые яркие изменения климата происходят в Арктике. Они наиболее заметны, поскольку проявляются, в том числе, в виде деградации ледяного покрова. В Антарктиде таяние льдов проявляется в меньшей степени. Это была одна из проблем до последних лет — «крест», или противонаправленная динамика, в изменениях площади морских льдов. В Северном Ледовитом океане наблюдалась быстрая деградация, а в это время у южного полюса морской лед не уменьшался в площади, а даже несколько рос. 

В последние годы эта тенденция меняется. Площадь морского льда в Антарктике начала резко сокращаться —судя по всему, начинают оправдываться модельные прогнозы, в которых южная полярная область должна чувствительно реагировать на глобальные изменения климата. Ближайшие годы покажут, насколько значимы эти изменения. 

Изменения, заметные для людей

Средние изменения человеку трудно почувствовать — что такое для нас градус? Наиболее чувствительны мы к экстремальным явлениям, например, осадкам — ливням, затяжным дождям, многодневным снегопадам. Они наблюдаются из-за того, что при потеплении растет влагоемкость атмосферы. 

Еще одно заметное проявление потепления климата — холодные зимы, которые наблюдаются в XXI веке. На первый взгляд, это противоречит идее глобального потепления, но на самом деле подтверждает ее. При увеличении содержания углекислого газа в атмосфере зимой над континентами усиливается эффект атмосферных блокирований, вызывающий засухи летом и морозы зимой, которые мы наблюдаем в последние годы.

 Ледник Solheimajokull в Исландии в 2007 году слева и в 2015 году — справа. Фотографии Extreme Ice Survey. © James Balog

Метан и СО₂

Разные парниковые газы влияют на происходящее с разной силой. Одни — более долгоживущие, как углекислый газ со временем жизни порядка столетия, другие — более короткоживущие, как метан, у которого время жизни порядка десятилетия. При этом метан примерно в 20 раз более радиационно-активный в расчете на молекулу, чем СО₂. 

Для России роль метана очень важна, потому что существенная часть территории страны покрыта вечной мерзлотой — своего рода хранилищем этого газа. Таяние вечной мерзлоты приводит к формированию болот, озер и деградации метангидратов. Это потенциальная дополнительная положительная обратная связь, которая способствует усилению чувствительности земной климатической системы ко внешним воздействиям. При этом Россия покрыта лесами, и это стабилизирующий фактор. Леса поглощают СО₂ из атмосферы и формируют кислород. 

Предсказывая климат

Я начал заниматься климатом в 1975 году. Будучи в аспирантуре, прослушал два доклада известных ученых. В одном говорилось о предстоящем глобальном потеплении, в другом — о предстоящем глобальном похолодании. Больше сорока лет назад уже были количественные оценки потепления, которые в целом оправдываются. Мы сейчас живем в климате, который тогда большинству казался нереальным. Это не всегда ощущается, но изменения довольно быстрые: за поколение существенно меняется климат, и возникают проблемы адаптации. Уже вы видите растительность, которая нехарактерна для наших регионов, непривычные виды насекомых, заметное обывателю таяние ледников.

Современные модели климата прогрессируют очень быстро. Они уже достаточно детальные. Еще сравнительно недавно для определения антропогенных воздействий на климат в моделях задавались сценарии изменения содержания парниковых газов в атмосфере. Сейчас современные модели включают в себя естественный углеродный цикл, в том числе цикл метана, и для оценки климатических изменений задаются сценарии антропогенных эмиссий парниковых газов. Это уже не только климатические модели, а модели земной системы, с помощью которых уточняются оценки, сделанные десятилетия назад. При этом с каждой моделью могут быть выполнены десятки разных вычислительных прогонов при разных начальных и граничных условиях.

Климатический прогноз можно делать только вероятностный — стопроцентный невозможен из-за сложности системы и огромного числа факторов, которые необходимо учесть. Например, прогностические оценки состояния Каспийского моря связаны с квазициклическими климатическими процессами типа Эль-Ниньо, проявляющимися около Южной Америки в экваториальном Тихом океане. Казалось бы, далеко, но с явлениями Эль-Ниньо связаны сильнейшие межгодовые аномалии глобальной температуры у поверхности, и это сказывается не только в тропиках — Бразилии и Перу — но и в средних широтах — в России — и даже в Арктике. 

«Аннушка пролила масло»

Сейчас и не только на уровне документов человечество совершает коллективные попытки приостановить глобальное потепление, в основном за счет сокращения эмиссий углекислого газа в атмосферу. При этом стоит отметить, что даже если мы сейчас прекратим все антропогенные эмиссии на планете, потепление продолжится, но медленнее. Это связано с инерционностью климатической системы —«Аннушка пролила масло». Можно, конечно, из атмосферы выкачивать парниковые газы…

Уменьшить эмиссии реально, хотя это стоит дорого. В Парижском соглашении зафиксировано решение ограничить потепление на уровне 2 ºC, а желательно — 1,5 ºC. Это существенно. Чем большее потепление мы допускаем, тем больше уменьшение биоразнообразия, таяние льда, деградация вечной мерзлоты. Тут есть и позитивные моменты, например, связанные с Северным морским путем, но я боюсь, что белые медведи с этим не согласятся, потому что для них деградация морских льдов в Арктике — совсем не позитивное изменение.

Мы уже сейчас теряем какие-то виды. Десять лет назад наша команда сделала оценку динамики антарктического ледового щита. Мы посчитали, что при потеплении на 1,6 ºС таяние льдов в Антарктике начнет доминировать над нарастанием. Это точка невозврата, потому что основная масса льда — на юге. Если он растает, уровень моря поднимется на десятки метров. Представьте: при потеплении на 1,5 °C мы не достигли критического уровня, а 2 °C —уже превысили. Это показатель того, как чувствительны могут быть разные компоненты земной системы. 

Последствия

Обложка журнала TIME, посвященная странам, страдающим от затопления из-за изменения климата, июнь 2019 года. © 2019 TIME USA, LLC. Photograph by Christopher Gregory for TIME

Помимо потенциального затопления территорий, разрушения инфраструктуры в районах вечной мерзлоты и других последствий, потепление существенно сказывается на здоровье населения. Экстремальные погодно-климатические явления (засухи, наводнения, лесные пожары), изменения путей миграции животных, появление непривычных видов растений и насекомых приводят к изменению привычного режима, обострению заболеваний,  росту распространенности аллергий. Аналогичные проблемы со здоровьем появляются и при ухудшении качества воздуха. Это не только климатические эффекты, но и экологические: загрязнение атмосферы, воды, пищи, снижение качества жизни. Будущее за «зелеными» технологиями. 

Если бы проблемы изменения климата не было, ее следовало бы придумать, чтобы стимулировать модернизацию нашей экономики и сделать ее более эффективной и экологически чистой. Это я говорил еще во время обсуждения ратификации Россией Киотского протокола в середине 2000-х годов. 

Наконец-то очнулись

Полвека назад никто бы не понял про глобальное потепление. Когда я начал заниматься в 75-м году, разные точки зрения были. Сейчас не обсуждается, есть глобальное потепление или нет — обсуждаются причины этого потепления, в какой степени они антропогенные, в какой — естественные, и с какими процессами это связано. До последнего времени не было адекватного понимания, что у нас какие-то проблемы, потому что у нас много ресурсов и большие масштабы. Воды в России залейся, кто еще два десятка лет назад мог предположить, что мы будем бутилированную воду покупать? Нужно учиться разумно использовать воду. В России холодный климат, и наши дома в значительной степени отапливают атмосферу. Нужно переходить на более эффективные системы. Есть проблема свалок из-за отсталой системы работы с отходами. Они являются дополнительными источниками эмиссии метана. Надо с этим со всем разбираться, а пока мы находимся в режиме активного потребления без адекватной оценки последствий. 

В атмосфере нет границ

Наряду с государственной, каждый человек должен понимать личную ответственность. Как Маленький принц: «Прибери планету». Роль каждого мала, но важно создать условия для изменения общей психологии. Меня в 90-х годах за границей спрашивали: «Как в России относятся к изменению климата?» Какое изменение климата, когда люди должны каждый день беспокоиться о сиюминутных проблемах? Вопросы климата обсуждаются, когда есть уже довольно устойчивое развитие общества. Мы должны к этому прийти. Это глобальная проблема, потому что в атмосфере границ нет. Одна страна может загрязнять атмосферу, но все переносится, перемешивается. СО₂ — хорошо перемешанный газ, и концентрация его в атмосфере в целом относительно слабо различается в разных регионах.

На глобальном уровне трудно договориться, потому что все страны находятся на разном уровне развития. В Европе высокие технологии широко внедрены, и говорят про ограничения, а другие страны говорят: «Дайте нам до вас дорасти». Возникают вопросы, как оценивать эмиссии: в расчете на душу населения или интегрально по стране, как учитывать эффекты северных широт, например, в России, Канаде или на Аляске? Договориваться с учетом всех различий сложно, но необходимо.

Ссылка: https://zanauku.mipt.ru/2019/11/10/sistema-za-oknom/

Арктические береговые линии долго не рассматривались в углеродных циклах, но новые исследования показывают, что эрозия вечной мерзлоты может выделять больше парниковых газов, чем считалось ранее.

Арктика, в силу интенсивного нагрева, быстро меняется: ледники тают, морские льды исчезают, а вечная мерзлота деградирует, что может ускорить изменение климата. Северный регион вечной мерзлоты охватывает примерно четверть суши Северного полушария и накапливает огромное количество углерода - более чем вдвое превышающее его содержание в атмосфере – в основном в вечной мерзлоте, которая может стать основным источником парниковых газов, поскольку почва оттаивает и когда-то спящие микробы просыпаются и начинают разрушать органическое вещество. Эта оттепель ускоряется в местах вдоль арктического побережья. В условиях сокращения морского льда в Арктике, скалы и береговые линии подвергаются воздействию штормов и волнения в течение более длительных периодов, ускоряя эрозию.

Береговые линии вечной мерзлоты Арктики, составляющие более трети общей протяжённости берегов Земли, разрушаются со средней скоростью примерно полметра в год, хотя в некоторых местах эта скорость превышает 20 метров в год. Мало что известно о судьбе органического углерода, который вследствие эрозии вечной мерзлоты, попадает в океан. Климатические модели предполагают, что он остаётся в океане. Но новое исследование Tanski et al. предполагает, что значительная часть поступает обратно в атмосферу в виде углекислого газа или других парниковых газов.

Исследователи количественно измерили выброс углерода в результате эрозии арктической вечной мерзлоты, имитируя смешивание вечной мерзлоты с морской водой в лаборатории, используя вечную мерзлоту и морскую воду, собранную в Кикиктаруке (остров Гершель) недалеко от канадского побережья Юкона.

Образцы вечной мерзлоты смешивались с морской водой в течение 4 месяцев - продолжительности среднего сезона открытой воды в Арктике - при 4°C для имитации реальных условий и при 16°C для изучения влияния температур потепления. Команда измерила выбросы углекислого газа и метана в аэробных условиях, а также общий и растворённый органический углерод, стабильные изотопы углерода и отношение органического углерода к азоту до и после четырёхмесячного периода для оценки оборота углерода.

Исследователи обнаружили, что в зависимости от глубины отбора проб вечной мерзлоты и температуры, при которой они инкубировались, от 1 до 13% исходного общего органического углерода в пробах выделялось в виде диоксида углерода. Большая часть этого высвобождения произошла в первые два месяца после смешивания, а производительность достигла пика через 11 дней.

Исследование на основе грубой экстраполяции локализованных результатов показывает, что эрозия вечной мерзлоты в Арктике может выделять в атмосферу значительное количество парниковых газов - до 0,9 Тераграмм углекислого газа в год от всей арктической береговой линии.

Модели углеродного цикла предполагают, что арктические побережья и континентальные шельфы являются поглотителями углерода. Поскольку температуры продолжают повышаться и сезон открытой воды в Арктике удлиняется, учет эрозии прибрежной вечной мерзлоты будет иметь решающее значение для балансировки углеродного бюджета Арктики.

Ссылка: https://eos.org/research-spotlights/where-does-the-carbon-go-when-permafrost-coasts-erode

Масштабный научный проект нацелен на создание единого протокола обследования всех видов фитомассы для дополнения существующей цифровой карты состояния лесов новыми, более точными данными

МОСКВА, 5 ноября. /ТАСС/. Международная группа исследователей, в которую вошли ученые Сибирского федерального университета (СФУ, Красноярск), разработала универсальную систему сбора данных о растительности на планете. Она позволит прогнозировать такие последствия климатических изменений как миграция насекомых и рост пожаров, сообщил ТАСС во вторник соавтор работы, директор Института лесных технологий (ИЛТ) СибГУ имени М. Ф. Решетнева, ведущий научный сотрудник лаборатории биогеохимии экосистем СФУ Сергей Верховец.

Масштабный научный проект нацелен на создание единого протокола обследования всех видов фитомассы (деревьев, кустарников, травы, лишайников и др.) для дополнения существующей цифровой карты состояния лесов новыми, более точными данными. Он был поддержан представителями 80 научных организаций из разных стран, участие в работе приняли 143 ученых. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature.

"Единая методологическая система сбора данных необходима, так как принципы анализа состояния насаждений у разных научных групп часто различаются, что не позволяет создать точную карту фитомассы в масштабах планеты и наблюдать за изменениями, происходящими в отдельных регионах. Создание единого протокола сбора данных решает не только эту задачу. С помощью внедрения новых инструментов исследования лесов, среди которых - ультразвуковые высотомеры, лазерная съемка исследуемых участков, - мы детализируем характеристики лесов, что позволяет фиксировать и прогнозировать даже незначительные изменения", - сказал ученый.

Более ранние методы сбора данных о лесах включали съемку со спутника и исследование отдельных участков лесов "вручную" при помощи рулетки и мерной вилки. Эти инструменты не позволяли получить такие данные как точная высота каждого дерева - важный параметр для оценки состояния и потенциала роста насаждений. Современные инструменты, использование которых подразумевает разработанный учеными единый протокол, позволят не только детализировать характеристики фитомассы, но и снизить трудозатраты при проведении исследований.

Специалисты СФУ и СибГУ имени М. Ф. Решетнева дополнили цифровую карту результатами 15 научных экспедиций, проведенных на территории Приенисейской Сибири в течение последнего десятилетия и намерены обновлять данные о фитомассе каждые пять лет.

Ссылка: https://nauka.tass.ru/nauka/7079094

Функции депозитария соглашения выполняет генеральный секретарь ООН

МОСКВА, 6 ноября. /ТАСС/. Парижское соглашение по климату вступило в силу для России с 6 ноября. Об этом сообщает в среду официальный интернет-портал правовой информации.

Известно, что интенсивность сильнейших экстремальных осадков увеличивается при глобальном потеплении. Несмотря на потенциально значительные социальные последствия, менее точно установлено, как часто такие события происходят в более тёплом мире, и как влияет совокупный эффект изменений частоты и интенсивности экстремальных осадков на их суммарное количество. Авторы использовали данные наблюдений и модельные результаты для документирования значительного увеличения частоты экстремальных осадков, происходивших в течение десятилетий. На основании наблюдений показано, что при интенсивных осадках их суммарное количество почти удваивается на градус потепления, в основном из-за изменений частоты, в то время как изменения интенсивности относительно слабы, что согласуется с предыдущими исследованиями. Этот сдвиг в сторону большего суммарного количества осадков от экстремальных явлений проявляется как в наблюдениях, так и в модельных расчётах и растёт с увеличением интенсивности и, следовательно, уменьшением частоты явления. Основываясь на этих результатах, авторы прогнозируют, что если исторические тенденции сохранятся, наиболее интенсивные осадки, наблюдаемые сегодня, вероятно, будут почти удваиваться на каждый градус дальнейшего глобального потепления. Такие изменения в экстремальных осадках значительно сильнее, чем в более широко распространённых изменениях средних глобальных осадков.

Ссылка: https://www.nature.com/articles/s41598-019-52277-4.pdf

Рис. 1. Образец льда возрастом два миллиона лет. Фото из популярного синопсиса к обсуждаемой статье

Ледяные керны — столбики льда, извлеченные из скважин при бурении ледников, — служат первичными источниками бесценной информации о климате Земли в прошлом. Наиболее представительная коллекция таких кернов была собрана во время реализации Европейского проекта ледового бурения в Антарктиде в 1996–2005 годах. Анализ пузырьков воздуха, запечатанных в толще антарктического льда, позволил тогда восстановить подробную динамику изменений состава атмосферы и температуры за последние 800 тысяч лет. Однако в Антарктиде есть льды и значительно более древнего возраста. Хотя по ним невозможно воссоздать непрерывную картину климатических изменений, потому что эти льды периодически таяли, отдельные данные для общего представления получить все же можно. Недавно были опубликованы результаты исследований воздушных включений в льдах возрастом до 2,7 млн лет, позволившие частично продлить хронологию колебания уровня парниковых газов (метана и углекислого газа) в прошлое.

Ледниковый щит Антарктиды начал формироваться 14 млн лет назад. С тех пор ледниковый покров южного континента периодически таял и формировался снова. Для ученых, изучающих древний климат Земли, основной интерес представляют зоны, где можно проследить непрерывный разрез так называемого атмосферного льда — льда, образовавшегося из атмосферных осадков, которые выпадают в течение всего года (учитывая температуры на ледяном континенте) в виде снега. Выпавший снег уплотняется и превращается в лед. При этом воздух, заполняющий пространство между снежинками, запечатывается в виде пузырьков в толще льда. Год за годом, тысячелетие за тысячелетием слои снега и образующегося из него льда накапливаются. Соответственно, на поверхности ледника, как правило, мы видим современный лед, а чем глубже — тем старше ледяные слои.

Скорость прироста льда на разных участках разная, поэтому определить по мощности ледникового покрова возраст льда невозможно. Возраст слоев в непрерывных последовательностях ледниковых наслоений чаще всего определяют по той пыли, которая оседала на поверхность ледника и захоранивалась под новыми слоями снега.

Главное для ученых — убедиться, что лед никогда не таял, и пузырьки воздуха в нем остались нетронутыми. Поэтому самыми представительными с точки зрения палеоклиматических исследований являются непрерывные многолетние толщи льда из зон постоянного положительного баланса масс ледников Антарктиды, в которых скорость осадконакопления превышает скорость таяния или сдува снега с поверхности ледника.

Именно в таких местах располагались две скважины проекта EPICA (одна — на станции Конкордия на Куполе «С» (см. Dome C) глубиной 3270,2 м, другая — на станции Конен глубиной 2774,15 м), по ледяным кернам которых была построена самая длинная на сегодняшний день непрерывная хроника изменения окружающей среды, охватывающая последние 800 тысяч лет (см. новости Климат Антарктиды в течение последних 800 тысяч лет определялся изменениями орбиты Земли. «Элементы», 17.08.2007 и Антарктический лед поведал о содержании метана и CO_{2 в атмосфере Земли за последние 800 тысяч лет}. «Элементы», 22.05.2008).

Ее данные полностью совпали с результатами, полученными ранее по кернам скважины, пробуренной на российской антарктической станции Восток. Поднятый там на поверхность ледяной керн, имея общую протяженность 3623 м, охватывал толщу льда, сформировавшуюся за последние 420 тысяч лет (см. J. R. Petit et al., 1999. Climate and atmospheric history of the past 420,000 years from the Vostok ice core, Antarctica).

Но есть в Антарктиде и зоны отрицательного баланса масс, где снег не накапливается по двум причинам: он интенсивно тает летом или сдувается приземными катабатическими ветрами. В итоге в этих зонах, которые получили название зон голубого льда (см. Blue-ice area), со временем на поверхность выходят все более древние слои.

По голубому льду невозможно восстановить непрерывную ледовую летопись и к тому же возникает вопрос датировки образцов такого льда и сохранности в нем газовых пузырьков. Однако ученые считают, что с определенными оговорками голубой лед можно использовать для палеоклиматических исследований (A. Sinisalo, J. C. Moore, 2010. Antarctic blue ice areas — towards extracting palaeoclimate information).

Самые древние образцы голубого льда возрастом 2,7 млн лет были получены американскими учеными во главе с Джоном Хиггинсом (John Higgins) из Принстонского университета в 2016 году (см. Рекордно древний лед, «Элементы», 21.08.2017). Для этого исследователям даже не пришлось бурить многокилометровые скважины. Главным было правильно выбрать место, где на поверхность выходят древние слои льда (рис. 2). На участке Аллан-Хиллс (Allan Hills) в 210 километрах от американской антарктической станции Мак-Мердо были пробурены две скважины глубиной 147 м (скважина ALHIC1503) и 191 м (скважина ALHIC1502).

Рис. 2. Голубым показаны участки, где на глубине может сохраниться нетронутый атмосферный лед. Отмечен купол «С» (Dome С), где была получена непрерывная колонка ледяного керна, охватывающая последние 800 тыс. лет. Синим обозначены зоны голубого льда. Отмечен участок Аллан-Хиллс (Allan Hills). Изображение из статьи P. Voosen, 2017. Record-shattering 2.7-million-year-old ice core reveals start of the ice ages

Интервал геологического времени между 1,0 и 2,0 млн лет — самый интересный для палеоклиматологов. Дело в том, что примерно 1,24 млн лет назад произошла так называемая среднеплейстоценовая климатическая революция: длина ледниковых циклов увеличилась с 41 до 100 тыс. лет, амплитуда температурных колебаний возросла, а климат Земли в целом стал более холодным (подробнее см. новости Удлинение ледниковых циклов в плейстоцене может быть связано с ослаблением циркуляции океанических вод, «Элементы», 22.03.2019 и Темп ледниковых периодов сбился из-за североамериканских ледников, «Элементы», 23.08.2008).

Первые результаты работ американских ученых были доложены на геохимической конференции Goldschmidt 2017. Сейчас же исследователи подготовили подробную статью, которая опубликована в журнале Nature.

Особенность изучения кернов голубого льда заключается в том, что по ним нельзя получить непрерывную картину. Параметры измеряются в отдельно взятых на разных интервалах керна образцах, для каждого из которых определяют возраст. Для датирования образцов ледяного керна из Аллан-Хилс ученые использовали предложенный одним из авторов обсуждаемой статьи Майклом Бендером (Michael L. Bender) метод оценки скорости дегазации ⁴⁰Ar на основе измерения отношения ⁴⁰Ar/³⁸Ar в пузырьках воздуха (M. L. Bender et al., 2008. The contemporary degassing rate of ⁴⁰Ar from the solid Earth). Погрешность метода довольно большая — около 100 тыс. лет, но для выявления общих закономерностей этого достаточно (рис. 3).

Рис. 3. Результаты определения абсолютного возраста образцов льда из скважин ALHIC1502 (синие метки) и ALHIC1503. По вертикали — глубина от поверхности (в метрах), по горизонтали — возраст (в млн лет). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

Задачей исследователей было выяснить, насколько отличаются амплитуды изменения основных климатических параметров (температура, содержание СО₂ и СН₄) в период 2,7–1,24 млн лет по сравнению с последними 800 тыс. лет, для которых построены детальные графики.

Маркером температурных изменений служили изотопные коэффициенты δD и δ¹⁸O льда, отражающие отношения соответственно дейтерия (D) к протию (Н) и ¹⁸О к ¹⁶О в сравнении с аналогичными отношениями в международном стандарте воды VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water). Оба коэффициента традиционно используются для выявления границ климатических циклов, так как они четко коррелируют с температурой. Ранее было установлено, что δD и δ¹⁸O для антарктического снега имеют температурную чувствительность соответственно 8‰ и 0,9‰ на 1°C (W. Dansgaard, 1964. Stable isotopes in precipitation).

В целом авторам удалось подтвердить, что и в период 2,7–1,24 млн лет назад наблюдалась довольно четкая связь между содержанием парниковых газов в атмосфере и температурой (рис. 4). На этом постулате основывается большинство современных климатических моделей, и полученное подтверждение очень важно для их верификации.

Рис. 4. Графики изменения климатических параметров. По горизонтали — шкала времени в тыс. лет. Слева — результаты, полученные в проекте EPICA (a-d) и на основе анализа бентосных фораминифер (e)(скомпилированные данные из разных статей). Кружочки справа — результаты обсуждаемого исследования (a-d). Для удобства все пробы были сгруппированы в четыре временных интервала и показаны напротив их средних значений (1,0, 1,5, 2,0 и 2,7 млн лет). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature

При этом содержание CO₂ в атмосфере для времени старше 800 тыс. лет назад оказалось на удивление низким. В образцах возрастом около 950 тыс. лет оно составило 240–250 ppm, а в образцах возрастом 1,5 млн лет — 220–230 ppm. Это намного ниже и нынешнего уровня (400 ppm), и тех значений, которые геохимики до этого восстанавливали по изотопному составу в морских отложениях. И здесь уже, по мнению авторов, нужно вносить в климатические модели определенные поправки.

Главное, что удалось выявить ученым, это то, что в последние 800 тыс. лет амплитуда колебания уровня CO₂ и метана в атмосфере увеличились по сравнению с предыдущим периодом — в основном за счет более низких значений в период минимумов. Максимальные уровни этих газов в период 2,7–1,24 млн лет и в последние 800 тыс. лет примерно равны.

В ближайшие месяцы эта исследовательская группа продолжит работы на участке Аллан-Хиллс и надеется получить образцы еще более древнего льда.

Источник: Yuzhen Yan, Michael L. Bender, Edward J. Brook, Heather M. Clifford, Preston C. Kemeny, Andrei V. Kurbatov, Sean Mackay, Paul A. Mayewski, Jessica Ng, Jeffrey P. Severinghaus, John A. Higgins. Two-million-year-old snapshots of atmospheric gases from Antarctic ice // Nature. 2019. V. 574, P. 663–666. DOI: 10.1038/s41586-019-1692-3.

Ссылка: https://elementy.ru/novosti_nauki/433562/Goluboy_led_Antarktidy_raskryvaet_dannye_o_klimate_Zemli_za_2_7_milliona_let