Арктика с Антарктикой замёрзли на порогах

В течение последних 50 миллионов лет температура на Земле падала. Связано это, судя по всему, с постепенным уменьшением доли углекислого газа в атмосфере нашей планеты. Если в начале кайнозойской эры его уровень составлял около 1,5–2 тысяч объёмных долей на миллион (ppmv), в ходе палеогеновой эпохи он снизился в пять с лишним раз, достигнув к началу неогена значений около 280 ppmv.

Такое содержание углекислоты в атмосфере с небольшими колебаниями держалось до XVIII века уже нашей эры, но за 300 лет интенсивного развития промышленности содержание CO₂ в атмосфере выросло до современных 380–390 ppmv, характерных для Земли 25 миллионов лет назад. Более того, до конца уже наступившего столетия уровень главного парникового газа поднимется, по разным прогнозам, до 500–900 ppmv, что в плане состава атмосферы отбросит нас ещё на 10–20 миллионов лет в прошлое. И хотя о тропическом зное на пляжах Новой Земли мечтать рановато, эти впечатляющие предсказания делают попытки разобраться в устройстве климатической системы в те времена всё более актуальными.

Вместе со снижением уровня CO₂ произошла ещё одна важная трансформация. Из «парникового мира», в котором ледовая шапка у полюса – дело хотя и не невозможное, но экзотическое и каждый раз временное, Земля превратилась в «ледниковый мир», полюса которого постоянно покрыты толстой коркой льда.

Возникли две полярные шапки не одновременно – ледник Восточной Антарктики вырос 33–34 миллиона лет назад, причём в одночасье по геологическим масштабам, примерно за 100 тысяч лет (продолжительность события оценивается точнее, чем его абсолютное положение). А вот мощные арктические льды, как полагают учёные, тогда образоваться не могли. Причина в том, что полярная суша на севере расположена гораздо дальше от полюса, чем на юге, и летом она сильнее прогревается, что и не даёт возможность сформировать устойчивую полярную шапку.

В итоге арктическая полярная шапка (и ледник Гренландии) появились гораздо позже – всего 3 миллиона лет назад, в плиоценовую эпоху, когда температура спустилась ещё ниже.

Хотя такой сценарий является общепризнанным, и у него есть свои проблемы. Например, изотопный анализ раковин фораминифер – класса простейших, останки которых миллионы лет копились в морских отложениях по всему миру, показал, что ещё задолго до плиоцена из круговорота воды в природе надолго изымались значительные количества H₂O – притом значительно больше любых разумных оценок ледовой вместимости Антарктиды.

На эпизодическое оледенение указывают и огромные борозды на дне океана у берегов Гренландии. Наиболее правдоподобное объяснение состоит в том, что их оставили, сползая в океан, огромные ледники и откалывавшиеся от них айсберги. И происходило это тоже задолго до плиоцена.

Учёные из Великобритании и США под руководством Роберта Деконто из Массачусетского университета смогли создать полную самосогласованную модель изменения климата в кайнозойскую эру, в которую уместились все указанные факты. У Деконто и его коллег основной величиной, определяющей климат, стало именно содержание углекислого газа в атмосфере. Работа палеоклиматологов опубликована в последнем номере Nature.

Учёные определили пороговые значения содержания углекислого газа, допускающие образование ледовых шапок.

Для Антарктики это около 750 ppmv, для Арктики – около 280 ppmv. Как и должно, «антарктического порога» уровень CO₂ достиг в начале олигоцена 33 миллиона лет назад, хотя и прежде, ещё за 10 миллионов лет до великого оледенения Антарктики, изолированные ледники на южном континенте могли образовываться.

Пробив антарктический пороговый уровень, содержание углекислого газа в атмосфере дальше лишь падало, ненадолго взлетело в конце олигоценовой эпохи и стабилизировалось на последние 25 миллионов лет на «доиндустриальном» уровне около 280 ppmv.

По мнению учёных, именно в это время Арктика впервые за последнюю геологическую эру замёрзла.

Правда, следующие 20 миллионов лет шапка не была устойчивой, образовываясь лишь эпизодически и ненадолго. По мнению учёных, северную полярную шапку Земля могла надевать лишь в особо холодные для северного полушарие периоды, когда температурные минимумы, регулируемые различными орбитальными циклами, совпадали. Ни одна такая шапка не продержалась и сотни тысяч лет, и лишь в плиоцене Арктика замёрзла.

Вполне возможно, что не окончательно. Если верить пороговым значениям, которые вычислили Деконто и его коллеги, то последние три века уровень CO₂ в атмосфере постоянно остаётся выше этого порога. Разрушить уже сформировавшуюся шапку, конечно, не так просто, но у человечества это, похоже, получается. Если поднапрячься – может, осилим и антарктический ледник. По пессимистическим прогнозам, к концу XXI века уровень углекислого газа может подняться и над антарктическим порогом.