Древняя почва из-под километрового слоя льда шлет предупреждения на будущее.
Этот грунт был извлечен во время холодной войны из-под одной из самых необычных военных баз США, а затем на десятилетия забыт.
Около 400 тыс. лет назад большая часть Гренландии была свободна ото льда. На северо-западном нагорье острова в лучах солнца грелась кустарниковая тундра. Есть основания полагать, что южную часть Гренландии покрывал еловый лес, в котором жужжали насекомые. Уровень Мирового океана тогда был гораздо выше современного – от 6 до 12 метров. По всему миру земли, на которых сегодня проживают сотни миллионов людей, находились под водой.
Ученые давно знали, что Гренландский ледяной щит в какой-то момент полностью исчезал за последний миллион лет, но не знали, когда именно.
В новом исследовании, опубликованном в журнале Science, мы определили дату, используя замороженный грунт, извлеченный во время холодной войны из-под участка Гренландского ледяного щита толщиной в километр.
Содержание
Время – около 416 тыс. лет назад, причем в основном безледные условия сохранялись в течение 14 тыс. лет – это очень важно. В это время Земля и ее первые люди переживали один из самых продолжительных межледниковых периодов с тех пор, как 2,5 млн. лет назад ледяные покровы впервые легли в высоких широтах.
Продолжительность, масштабы и последствия этого естественного потепления могут помочь нам понять Землю, которую современные люди создают для будущего.
Мир, сохранившийся подо льдом
В июле 1966 г. американские ученые и инженеры армии США завершили шестилетнюю работу по бурению сквозь ледяной щит Гренландии. Бурение проводилось на базе Camp Century, одной из самых необычных военных баз – она была оснащена ядерной установкой и состояла из серии туннелей, прорытых в гренландском льде.
Место бурения на северо-западе Гренландии находилось в 220 километрах от побережья и было покрыто льдом толщиной 1 389 метров. Достигнув дна льда, команда продолжала бурить еще 3,5 метра в мерзлой скалистой почве под ним.
В 1969 г. геофизик Вилли Дансгаард, проанализировав ледяной керн из Camp Century, впервые выявил детали того, как резко менялся климат Земли за последние 125 000 лет. Длительные холодные ледниковые эпохи, когда лед быстро нарастал, сменялись теплыми межледниковыми периодами, когда лед таял и уровень моря повышался, затопляя прибрежные районы по всей планете.
В течение почти 30 лет ученые не обращали внимания на 3-х метровый слой замерзшей почвы с военной базы. В одном из исследований галька была проанализирована для того, чтобы понять, какие породы залегают под ледяным покровом. В другом исследовании было высказано интригующее предположение, что в мерзлой почве сохранились свидетельства более теплого, чем сегодня, времени. Однако, не имея возможности датировать материал, мало кто обратил внимание на эти исследования. А к 1990-м годам керн замерзшей почвы исчез.
Несколько лет назад наши датские коллеги обнаружили потерянный грунт, валявшийся глубоко в морозильной камере Копенгагена, и мы сформировали международную команду для анализа этого уникального архива замороженного климата.
В самом верхнем образце мы обнаружили прекрасно сохранившиеся ископаемые растения – доказательство того, что земля глубоко под под базой Camp Century в прошлом была свободна ото льда, но когда?
Датирование древних пород, веток и грязи
Используя образцы, вырезанные из центра осадочного керна, подготовленные и проанализированные в темноте, чтобы материал сохранил точную память о последнем воздействии солнечного света, мы теперь знаем, что ледяной щит, покрывавший северо-западную Гренландию толщиной почти в километр сегодня, исчез во время длительного периода естественного потепления, известного климатологам как MIS 11, между 424 000 и 374 000 лет назад.
Для более точного определения времени таяния ледяного покрова одна из наших сотрудниц, Тэмми Риттенур, использовала метод, известный как люминесцентное датирование.
С течением времени минералы накапливают энергию, поскольку радиоактивные элементы, такие как уран, торий и калий, распадаются и испускают излучение. Чем дольше осадок находится в земле, тем больше излучения накапливается в виде захваченных электронов.
В лаборатории специальные приборы измеряют крошечные частицы энергии, высвобождаемой в виде света из минералов. По этому сигналу можно рассчитать, как долго были погребены зерна, поскольку последнее воздействие солнечного света должно было привести к высвобождению запертой энергии.
Сотрудники лаборатории Пола Бирмана из Университета Вермонта в последний раз датировали образцы вблизи поверхности другим способом, используя редкие радиоактивные изотопы алюминия и бериллия.
Эти изотопы образуются, когда космические лучи, рождающиеся далеко от нашей Солнечной системы, врезаются в земные породы. Каждый изотоп имеет свой период полураспада, то есть при захоронении он распадается с разной скоростью.
Измерив оба изотопа в одном образце, гляциолог Дрю Крист смог определить, что таяние льда обнажило осадочный слой на поверхности суши менее чем за 14 000 лет.
Модели ледникового покрова, созданные Бенджамином Кейслингом и теперь учитывающие наши новые знания о том, что 416 тыс. лет назад территория базы Camp Century была свободна ото льда, показывают, что ледниковый покров Гренландии должен был значительно уменьшиться за это время.
Как минимум, в тот период кромка льда отступила на десятки-сотни километров вокруг большей части острова. Вода, образовавшаяся в результате таяния льда, подняла уровень мирового океана по меньшей мере на 1,5, а возможно, и на 6 метров по сравнению с сегодняшним днем.
Предупреждения на будущее
Древняя мерзлая почва из-подо льда Гренландии предупреждает о грядущих неприятностях.
Во время межледниковья MIS 11 на Земле было тепло, и ледниковые покровы, как и сегодня, были ограничены высокими широтами. Уровень углекислого газа в атмосфере оставался в пределах 265-280 частей на миллион в течение примерно 30 тыс. лет. MIS 11 длилась дольше, чем большинство межледниковых периодов, из-за влияния формы орбиты Земли вокруг Солнца на солнечную радиацию, попадавшую в Арктику. За эти 30 тысячелетий уровень углекислого газа вызвал потепление, достаточное для таяния большей части гренландских льдов.
Сегодня в нашей атмосфере содержится в 1,5 раза больше углекислого газа, чем в те времена – около 420 частей на миллион, и эта концентрация растет с каждым годом. Углекислый газ задерживает тепло, нагревая планету. Слишком большое его количество в атмосфере приводит к повышению глобальной температуры, что мы и наблюдаем сейчас.
За последнее десятилетие, когда выбросы парниковых газов продолжали расти, люди пережили восемь самых теплых лет за всю историю наблюдений. В июле 2023 года, по предварительным данным, была самая жаркая неделя за всю историю наблюдений. От такого тепла тают ледяные покровы, и потеря льда еще больше нагревает планету, поскольку темные породы поглощают солнечный свет, который когда-то отражали белые льды и снега.
Даже если завтра все перестанут сжигать ископаемое топливо, уровень углекислого газа в атмосфере будет оставаться повышенным в течение тысяч и десятков тысяч лет. Это связано с тем, что углекислому газу требуется длительное время для перехода в почву, растения, океан и горные породы. Мы создаем условия, способствующие очень длительному периоду тепла, как в MIS 11.
Если люди резко не снизят концентрацию углекислого газа в атмосфере, то найденные нами свидетельства о прошлом Гренландии позволяют предположить, что в будущем этот остров будет в основном свободен ото льда.
Если мы что-то сможем сделать для сокращения выбросов углекислого газа и связывания углерода, уже находящегося в атмосфере, увеличит шансы на сохранение большей части гренландского льда.
Альтернативой может стать мир, очень похожий на MIS 11, или даже еще более экстремально жаркий: теплая Земля, сокращение ледяного покрова, повышение уровня моря и волны, накатывающие на Майами, Мумбаи и Венецию.
Пол Бирман, научный сотрудник Института окружающей среды Гунда, профессор кафедры природных ресурсов и экологии Университета Вермонта, и Тэмми Риттенур, профессор геонаук и директор лаборатории люминесценции Университета штата Юта.
Читайте также: 6 загадочных структур, скрытых под ледяным щитом Гренландии