Дуг МакДугалл – Зачем нужна геология (страница 38)

Существуют и другие факторы, создающие обратную связь, хотя в основном они менее изучены, чем изменения альбедо и содержания парниковых газов. Сюда входят некоторые явления, которые косвенно воздействуют на альбедо. Например, по мере роста ледников понижается уровень моря; это увеличивает общую площадь континентов и тем самым общее альбедо Земли. На альбедо влияют и значительные изменения растительного покрова в ходе циклов ледниковых и межледниковых эпох. С понижением температуры растительный покров заметно уменьшается, особенно в высоких широтах и на больших высотах. Поэтому когда альбедо увеличивается, увеличивается и количество пыли в атмосфере (этот эффект зафиксирован по увеличению количества пыли в ледяных кернах). Запыленная атмосфера частично блокирует поступающие солнечные лучи, что тоже дает подкрепляющую обратную связь. Во время теплого межледниковья более высокая температура обеспечивает усиление испарения и повышение влажности; однако водяной пар — это мощный парниковый газ, а потому такая ситуация способствует еще большему повышению температуры. Каждый из таких факторов обратной связи усиливает температурные колебания во время циклов ледникового периода.

Общая картина, сложившаяся в результате многих десятилетий исследования ледяных кернов и кернов из океанических осадочных пород, а также изучения других климатических данных, такова: астрономические циклы Миланковича инициировали и регулировали переходы между ледниковым и межледниковым климатом во время плейстоценового ледникового периода, однако эти тенденции усиливались из-за собственных реакций климатической системы Земли. Самые большие колебания инсоляции во время циклов Миланковича отмечались в высоких широтах, там же происходили и самые серьезные колебания температуры. В режиссировании ледниковых циклов особенно важную роль, похоже, играет северное полушарие — возможно, из-за расположения континентов, где на полюсе находится Северный Ледовитый океан, а материки его окружают.

Понимая, как ледниковые циклы работали в прошлом, можно попробовать заглянуть в будущее и спросить, когда астрономические параметры снова будут сочетаться так, чтобы в высоких широтах северного полушария лето стало исключительно прохладным — по-видимому, именно это условие вызывало ледниковые эпохи в прошлом. Теплые межледниковые эпохи обычно оказывались короткими — 10–20 тысяч лет, поэтому, глядя на графики вроде изображенных на рисунке 23, можно подумать, что неизбежно новое наступление льдов. Действительно, когда впервые появилась хронология ледниковий и межледниковий, средства массовой информации заполонили страшные истории о вероятном возвращении ледников. Однако вам не о чем беспокоиться; не стоит тревожиться и вашим внукам. Параметры орбиты сговорились устроить нынешнюю межледниковую эпоху особенно долгой: вычисления будущих изменений инсоляции в северном полушарии показывают, что для промежутка минимум в тридцать тысяч ближайших лет вероятность наступления ледниковой эпохи невелика. Причем этот прогноз не принимает во внимание усиление потепления из-за сжигания ископаемого топлива, которое, вероятно, сократит массу высокоширотных льдов сильнее, чем это было во времена прошлых межледниковий. Это повлияет на альбедо и в силу обратной связи еще больше продлит теплый период.

Что ж, возможно, нам не стоит нервничать по поводу возращения ледникового климата в ближайшее время, однако данные ледяных кернов с высоким разрешением заставляют беспокоиться о другом: об очень резких изменениях климата. Керны показывают, что в прошлом температуры в Гренландии круто менялись в течение десятилетий и даже меньше. Как колебания температуры в Гренландии соотносятся с другими частями планеты, точно не известно, однако даже гораздо меньшие изменения, произошедшие за такие короткие сроки, имели бы разрушительные последствия для сельского хозяйства и человеческого общества. Сейчас этими резкими переменами климата занимается множество ученых, но их причины все еще неясны, а прогнозирование проблематично.

Ледяные керны показывают, что в течение последних 11 тысяч лет (примерно с момента выхода северного полушария из последней ледниковой эпохи) температура была удивительно стабильной (рисунок 24). Имеется один существенный выброс: примерно 8200 лет назад отмечен кратковременный (менее двухсот лет) холодный период; в оставшееся время температура колебалась более или менее случайным образом в небольшом диапазоне. При этом ранее зафиксированы огромные колебания. Серьезное падение температуры примерно 13 тысяч лет назад ознаменовало этап оледенения, названный климатологами поздним дриасом (название дано по холодолюбивому цветку дриаде восьмилепестковой; обычно она встречается в Арктике, но во время этого периода распространилась по Европе). Поздний дриас продолжался примерно тысячу лет и закончился, когда всего за десятилетие температура поднялась на 10 градусов по Цельсию. Если двигаться по времени еще дальше назад, то ледяные керны показывают серию кратковременных теплых интервалов, которые прерывают ледниковую стужу (рисунок 24). Эти колебания называются осцилляциями Дансгора — Эшгера в честь двух ученых, их открывших. Во время таких коротких температурных отклонений Гренландия за считанные десятилетия нагревалась почти до условий межледниковья, а затем температура несколько медленнее опускалась до исходного уровня. Несмотря на свою непродолжительность, осцилляции Дансгора — Эшгера, обнаруженные в ледяных кернах Гренландии, по-видимому, имели глобальный характер. Их влияние можно заметить в различных палеоклиматических показателях даже в Китае и Карибском бассейне.

Рисунок 24. Слева: данные по изотопам кислорода, полученные из ледяного керна в северной Гренландии, показывают, что последние 8000 лет климат был крайне стабильным по сравнению с предыдущими годами. Серым цветом выделены два холодных отрезка: поздний дриас, начавшийся примерно 13 000 лет назад, и меньшее по масштабу похолодание 8200 лет назад. Справа: данные по изотопам кислорода, полученные из более раннего фрагмента того же керна, показывают многочисленные осцилляции Дансгора — Эшгера (Д — Э), происходившие в период между 20 000 и 50 000 лет назад, когда Земля находилась в тисках ледниковой эпохи. Обратите внимание, что временная шкала для двух частей рисунка отличается. (Основано на данных Проекта бурения в северной Гренландии [NGRIP], измерения сделаны в Институте Нильса Бора, Копенгагенский университет; смотрите Andersen et al. 2004).

Эти кратковременные изменения климата были слишком быстрыми и происходили слишком часто, чтобы связывать их с астрономическими колебаниями инсоляции. Как и в случае циклов ледниковий-межледниковий, пузырьки воздуха в ледяных кернах показывают, что в это время в теплые отрезки концентрация парниковых газов увеличивалась, а в холодные — понижалась. Так же, как и для чередования ледниковых и межледниковых эпох, колебания уровня парниковых газов скорее следовали за изменениями температуры, а не вызывали их — вероятно, по тем же причинам. Большинство палеонтологов полагают, что эти кратковременные события были вызваны какими-то возмущениями в климатической системе Земли, которые резко перебросили ее из одного относительно стабильного состояния в другое. Природа этих возмущений в точности неизвестна, однако, возможно, они связаны с изменениями в океанической и атмосферной циркуляции, которые являются основными механизмами переноса тепла по земному шару.

Существенным аргументом для такого вывода является тот факт, что колебания в Гренландии были более сильными, чем в Антарктиде. Кроме того, многие из крупных изменений не совпадали по фазе между полушариями. Например, керны антарктического льда демонстрируют потепление в тот момент, когда температура в Гренландии во время позднего дриаса падает. Правдоподобное, но пока еще не имеющее доказательства объяснение состоит в том, что поток теплых поверхностных вод из тропических широт в Северную Атлантику, который сейчас обеспечивает Гольфстрим, замедлился или остановился. При этом Гренландия охладилась, зато в южном полушарии осталось больше теплых вод, и поэтому оно оказалось в результате теплее обычного.

Но что могло вызвать изменение океанической циркуляции? Для таких холодных периодов, как поздний дриас и кратковременное похолодание 8200 лет назад, есть хорошие кандидаты. Оба похолодания наступили, когда мир переходил от ледниковой эпохи к межледниковой. Ледяные щиты северного полушария таяли и выделяли гигантское количество пресной воды; часто она сохранялась в огромных озерах, которые периодически прорывались через тающий ледяной барьер и колоссальными потоками устремлялись в океан. Полевые исследования и тщательное датирование идентифицировали такие события как в начале позднего дриаса, так и непосредственно перед резким похолоданием 8200 лет назад. В случае позднего дриаса огромное ледниковое озеро, покрывавшее части центральной Канады и США, затопило северо-запад континента вдоль отступающей ледяной шапки и прорвалось по бассейну реки Маккензи к Северному Ледовитому океану. К моменту 8200 лет назад ледники отступили еще больше, и у их южных окраин снова скопились огромные объемы талой воды. Ледяной барьер снова прорвался, и колоссальный поток пресной воды устремился на север, на этот раз в Гудзонов залив и Северную Атлантику.