Кости, скалы и звезды. Наука о том, когда что произошло - Крис Терни

Но не все так просто. Действительно ли изотопы в фораминиферах отмечают температурные изменения? Исследования современных фораминифер это подтверждают, однако как обстояло дело во время древних ледниковых периодов? Не изменились ли с тех времен правила игры?

Ледниковый период отличается не только похолоданием, но и уменьшением испарения с поверхности океана. Чем дальше, тем больше тяжелых молекул воды остается в океане, поскольку молекулам, состоящим из легкого кислорода, испаряться в таких условиях легче. В высоких широтах эта испарившаяся влага конденсируется и выпадает в виде снега, формируя пространный ледяной покров. Другими словами, из океана извлекается преимущественно 16O, который затем запирается в ледяной корке, а в океанской воде повышается содержание 18O. Однако в межледниковый период все происходит с точностью до наоборот. В результате потепления с влагой испаряется больше тяжелого кислорода, а лед тем временем тает, возвращая обратно в океан скованный 16O. В результате содержание 18O в океанской воде падает. Таким образом, показатели содержания изотопов кислорода в фораминиферах за протяженные временные периоды можно мерить по объемам льда.

В 1960-х американец Джон Имбри и британец Ник Шеклтон выступили с предположением, что пробы, взятые очень близко к полюсам, будут отражать одновременно и температурные изменения, и изменения объема льда. Однако, как ни странно, самую достоверную картину давно растаявших льдов, по их словам, надо искать вовсе не там, а в океанских отложениях тропических широт. Океан — это огромный конвейер, перемещающий теплые поверхностные слои воды в Северную Атлантику (теплое течение Гольфстрим) и возвращающий их холодными, более плотными глубинными течениями. Со временем, через несколько столетий, эти глубинные слои поднимаются на поверхность в процессе апвеллинга, который завершает весь цикл. Благодаря этим процессам океанские воды отлично перемешиваются. Когда лед на полюсах тает, перемены в содержании изотопа кислорода быстро распространяются на весь мировой океан и воспринимаются фораминиферами, строящими свои раковины. А поскольку температура в тропиках за прошедшее время менялась гораздо меньше, тропические фораминиферы покажут, фактически, только изменения объема льдов.

Впрочем, выводы о температурных изменениях, полученные Эмилиани на основе кривой содержания изотопов кислорода, — это еще не все. Проблема в том, что океанские донные отложения накапливаются в большинстве своем слишком медленно, чтобы проверить по ним расчеты орбитальной теории на циклы в 100 000, 41 000 и 26 000 лет.

В середине 1970-х все внимание ученых было приковано к двум пробам донного грунта из Индийского океана. Судя по изменениям в магнитном поле Земли и радиоуглеродному анализу фораминифер из проб, в этих местах оказалась необычайно высокая скорость отложения наносов. Следовательно, эти пробы можно было анализировать по более узким временным интервалам, чем остальные. Значит ли это, что нашлась возможность проверить орбитальную теорию? Извлеченные фораминиферы подвергли анализу на изотопы кислорода. Научное сообщество замерло в ожидании. Полученные в результате анализа изменения объемов льда полностью совпали с прогнозами орбитальной теории (см. рис. 7.2), подтвердив циклы эксцентричности, нутации и прецессии. Наконец было напрямую доказано, что ледниковые периоды обусловлены изменениями в обращении Земли вокруг Солнца. Адемар, Кролл и Миланкович оказались в конечном итоге правы.

* * *

Чтобы представить себе, какие климатические перемены ждут нас в будущем, нужно иметь возможность изучать стремительные изменения, случавшиеся в прошлом. К сожалению, в отношении океана редко удается найти свидетельства быстрых климатических изменений, а когда таковые есть, сложно добиться точной датировки. Поэтому исследователи принялись прочесывать остальные части света в поисках мест, для которых есть детальные свидетельства климатических изменений. И вскоре их взоры обратились к полярным шапкам.

На полюсах ежегодно выпадающий снег сохраняется в виде ледяных слоев, накапливавшихся многие тысячи лет. Глубоко в этой толще тысячелетиями таятся самые разнообразные признаки климатических и природных изменений: пыль, кислотность, вулканический пепел, парниковые газы и изотопы. В Антарктиде удалось восстановить картину климатических изменений, охватывающую период 800 000 лет. В ней отчетливо различаются циклы 100 000 лет, спрогнозированные орбитальной теорией. В Гренландии ледяная летопись позволяет углубиться в прошлое лишь на 123 000 лет, однако каждый ее год можно рассмотреть отдельно. В результате получается изумительно подробная реконструкция климатической картины данного региона, которую океан предоставить вряд ли смог бы.

Картина, впрочем, получается пугающая: гренландские льды показывают обширные и частые температурные сдвиги в период от 90 000 до 11 550 лет назад. Так называемые осцилляции Дансгора-Эшгера (см. рис. 7.3) — это резкие температурные колебания, по амплитуде схожие с переходом от ледникового периода к межледниковому, но в куда более сжатые сроки — несколько лет. Ничего подобного орбитальная теория, учитывающая изменения в обращении Земли вокруг Солнца, не предвидела и не описывала. В чем же дело?

Ключ к разгадке надо искать в ледовых слоях на глубине 8200 лет назад. Взятый оттуда 200-летний срез отражает таяние уходящих североамериканских ледников — крохотного охвостка последнего ледникового периода. Вся образовавшаяся в результате пресная вода устремилась в Северную Атлантику, легла слоем на поверхности океана и успешно предотвратила формирование холодной и более плотной морской воды. Как мы помним, образование глубинных более плотных и холодных слоев — часть общего океанского круговорота. И вот 8200 лет назад он почти замер от этого неожиданного, чуть не ставшего смертельным притока. Было нарушено течение Гольфстрима, несущего теплые воды на север, и в высоких широтах наступило резкое похолодание. Вот так и случился мини-ледниковый период в северной части планеты.

Если именно этим обусловлены осцилляции Дансгора-Эшгера, похоже, резкие перепады от холода к теплу и наоборот испытывают Землю на прочность куда чаще, чем мы думаем. Экстремальное воплощение эта идея получила в голливудском фильме 2004 г. «Послезавтра». Несмотря на фантастичность сюжета, если океан действительно острее реагирует на изменения, чем мы думали, таяние полярных льдов и вправду может почти мгновенно остановить тот самый круговорот-конвейер в Северной Атлантике, приведя к катастрофическим последствиям не только для северных широт, но, вероятно, и для всей планеты.