Дефицит кислорода-17 указал на скорость размораживания Земли-снежка,а так же о курице и яйце ледникового периода

Впервые получены геологические свидетельства, указывающие на скорость оттаивания Земли после глобального оледенения, которое случилось около 650 млн лет назад.

Где-то 600–700 млн лет тому назад на Земле приключилось нечто трудно представимое: она замёрзла. Суша, находившаяся в то время целиком в приэкваториальных и тропических областях, несёт на себе чёткие отпечатки ледников. Кажется очевидным, что на полюсах тоже вряд ли было слишком жарко.

Когда такая теория была высказана впервые, на неё обрушилась жесточайшая критика. Возражения сводились к двум основным тезисам: Земля не могла попасть в такое состояние и не могла из такого состояния выйти. Поясним: оледенения на Земле бывали часто, но только не планетарных масштабов. У нашей планеты есть эффективные системы обратной связи, препятствующие событиям такого рода. Например, при падении температуры океана растворимость газов нём растёт, так что углерод органического происхождения должен быстро связываться в углекислый газ и насыщать атмосферу, вплоть до резкого усиления парникового эффекта. Последний ещё до окончания сковывания планеты льдами резко выровнял бы температуру, не допустив глобального оледенения.

Типичный земной экваториальный пейзаж примерно 650 млн лет назад (иллюстрация Wikimedia Commons).

Наконец, если бы вдруг это случилось, отмечали противники теории, разморозка была бы чрезвычайно трудна, а тотальная гибель жизни — неизбежна. Без открытой воды в атмосфере почти не было бы облаков, а высокая отражающая способность льда вела бы к потере Землёй энергии, полученной с солнечным светом. Какой механизм мог бы нагреть её, когда даже вулканическая деятельность под ледниковым щитом затруднительна (как в сегодняшней Антарктиде) — а значит, осложнено и вторичное насыщение углекислым газом? К тому же, если температура на экваторе была близка к антарктической, на полюсах теоретически мог выпасть сухой лёд, дополнительно выводивший углекислый газ из атмосферы.

Желающие ознакомиться с историей гипотезы в популярной форме могут сделать это здесь и сейчас (осторожно, долго!):

Геолог Хуэй Мин Бао (Huiming Bao) из Университета штата Луизиана (США) был одним из противников теории Земли-снежка. Но исследования образцов упомянутого периода подвели учёного к мнению о правоте гипотезы. Однако важно было ответить на второй вопрос: как и когда полностью замёрзшая Земля могла оттаять, если ледяное покрытие и отсутствие облаков, напротив, должны были охладить её до предела?

Чтобы решить эту головоломку, учёные исследовали бариты BaSO4 той далёкой эпохи. Как выяснилось после анализа образцов из Южного Китая, именно в баритах, близких к периоду глобального оледенения, был сильный дефицит кислорода-17 и избыток кислорода-18 в сравнении с нормальными земными концентрациями. Сначала столь странное изотопное состояние приписали эффекту сильнейшей эрозии, характерной для периода после отступления оледенения. Однако оледенений на Земле было много, а вот слоёв, обеднённых кислородом-17, пока больше не замечено.

Как полагает в связи с этим сам г-н Бао, это значит, что время резкого обеднения баритов кислородом-17 может быть маркером длительности периода, когда формирующиеся бариты были лишены доступа к такому кислороду. Хотя учёный считает преждевременным называть точные причины изотопного обеднения, он говорит, что уже сейчас можно использовать его для датирования периода «глобального оттаивания». Согласно расчётам, такие аномально обеднённые кислородом-17 бариты характерны для периода не более 0,00–0,99 млн лет.

Микрофотографии баритов, бедных кислородом-17 (фото Huiming Bao et al.).

Авторы исследования увязывают восстановление нормального содержания изотопа кислорода-17 с восстановлением нормальной же атмосферы. По их мнению, чтобы выйти из климатического нокаута и растаять, Земле требовалось в 350 раз больше углекислого газа, чем сегодня. Они считают, что такая концентрация сопровождалась малым количеством кислорода в атмосфере или же его почти полным отсутствием. После того как вулканы доставили в атмосферу избыточное количество углекислого газа, который на замёрзшей Земле некому было потребить, началось сверхинтенсивное глобальное потепление с положительной обратной связью. В период потепления и восстановления нормального состояния планеты, теоретизируют авторы работы, содержание кислорода-17 должно было быть минимальным.

Иными словами, нормальное положение дел восстановилось по геологическим меркам быстро — менее чем через миллион лет. Чрезвычайно быстро, если учесть катастрофический характер оледенения и связанный с ним процесс массового вымирания организмов. Строго говоря, раскрученный в 1980-х годах сценарий ядерной зимы не столь жесток, как случившееся в эпоху Земли-снежка.

«Что бы ни произошло на Земле, она восстановится, и весьма быстро, — подчёркивает Хуэй Мин Бао. — Планета выжила, и жизнь продолжилась даже после этого убийственного события. Единственное, что изменилось, — состав жизни. Другими словами, что бы люди ни делали Земле, жизнь устоит. Вот только останутся ли люди её частью…»

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, где можно ознакомиться и с его полным текстом.

Подготовлено по материалам Phys.Org и PNAS.

О курице и яйце ледникового периода

С чего начинался конец последнего ледникового периода? С повышения уровня углекислого газа в атмосфере или с роста температуры? Новое исследование говорит о том, что это происходило практически одновременно.

Ледяные керны содержат дико полезные образцы древнего воздуха и позволяют реконструировать изменение древней температуры, но соединить то и другое очень сложно.

Ряд исследований, посвящённых окончанию последнего ледникового периода, пришёл к заключению, что температура начала повышаться за несколько столетий до увеличения атмосферной концентрации углекислого газа. А новый анализ говорит об обратном. И где истина?

Срез ледяного керна Talos Dome под поляризационным микроскопом (изображение Frédéric Parrenin).

Этот неприятный казус — результат способа, которым воздух попадает в ледяную ловушку. Лёд, как все мы знаем, формируется из спрессованного снега. Надо льдом воздух свободно перемещается между снежинками и (ближе ко льду) комками фирна. Снег, который выпал в этом году и оказался на поверхности ледника, превратится в лёд только после того, как на него ляжет ещё 100 м снега. Получается, что воздух, который хранит лёд, образованный из этого снега, не соответствует году снегопада. Поэтому приходится гадать, какому слою льда соответствует данный слой пузырьков воздуха.

Как правило, для этого применяется модель уплотнения фирна. Зная такие параметры, как температура (вычисленная по соответствующим маркерам) и скорость накопления снега (рассчитывается по толщине слоя), можно попытаться определить глубину, на которой фирн превращается в лёд: именно там запирается воздух того года, в который образовался данный слой льда.

Есть и другой способ. На определённой глубине воздух изолируется от атмосферы. В этой застойной зоне молекулы воздуха перемещаются не от ветра, а в результате простой диффузии.

Логично предположить, что в лёд будет попадать в основном более тяжёлый изотоп азота — азот-15, и чем толще лёд, тем выше доля этого изотопа (чем длиннее дистанция, тем дальше убежит тот, кто бегает быстрее). Таким образом, измеряя соотношение изотопов азота в воздушных пузырьках, гляциолог может вывести, насколько велик разрыв между льдом и воздухом одних и тех же лет.

Этим методом и воспользовалась группа европейских исследователей для анализа ледяного керна EPICA Dome C из Антарктиды. В прошлый раз по этому керну другие учёные определили, что температура начала расти за 800 ± 600 лет до повышения атмосферной концентрации углекислого газа 18 тыс. лет назад. А теперь разница между этими событиями оценивается в 10 ± 160 лет, что с точки зрения статистики не имеет никакого значения. Другими словами, потепление и парниковый эффект в конце последнего ледникового периода происходили одновременно.

В последующие 8 тыс. лет было то же самое: то и другое изменялось практически в одно и то же время, хотя температура всегда, кажется, опережала газ, порой — на несколько десятилетий.

На самом деле ничего сенсационного здесь нет. Более того, этот вывод логичнее предыдущих. Ледниковые периоды зависят прежде всего от орбиты Земли, то есть от количества солнечного света, получаемого планетой. Остальные факторы оказывают меньшее влияние: парниковый эффект, изменение циркуляции океана, извержения вулканов, процессы, происходящие на самом Солнце.

Исследование полезно прежде всего тем, что позволяет понять, когда круговорот углерода на Земле ответил на изменения и что это были за изменения. Сейчас считается, что отступление морского льда в результате потепления привело к попаданию в атмосферу углекислого газа, хранившегося в Южном океане.

Результаты исследования опубликованы в журнале Science.

Подготовлено по материалам Ars Technica.

Комментарии закрыты.

Error: Incorrect password!

Яндекс цитирования