Рассвет в тропической части Атлантики
Не зная прошлого, не построишь будущего. Так могут по праву считать историки и археологи. Так же полагают и палеоклиматологи — ученые, которые занимаются изучением климата прошлого. На основании постоянно пополняющегося объема данных и с учетом накопленных знаний по современному поведению климата палеоклиматология дает представление о том, как он развивался и под действием каких факторов. Благодаря этой науке однажды мы сможем предсказать изменения климата в будущем. Но сперва нужно заглянуть как можно дальше в прошлое и попытаться проследить историю природных изменений с наименьшим возможным временным шагом. Как же ученые узнают о событиях давно прошедших дней, расскажем на примере океанического архива данных.
На Земле существует много палеоклиматических архивов, которые являются источником информации об истории климата. Ледовые керны, озерные отложения, пещерные сталагмиты, морские и континентальные осадки — все эти образования содержат память об изменениях природных условий на Земле. Сегодня, благодаря расшифровке этих летописей, мы имеем представление о том, как менялся климат в течение ближайших к современности геологических эпох — плейстоцена и голоцена.
Промытый океанский осадок с континентального склона Патагонии под бинокуляром
Говоря о климате и его тенденциях, важно понимать, о каких временных масштабах идет речь. Имеем ли мы в виду последнее столетие, где многочисленные данные наблюдений свидетельствуют о глобальном потеплении, или же мы рассуждаем о сотнях, тысячах и сотнях тысяч лет, в течении которых теплые эпохи периодически сменялись холодными.
К примеру последние 800 тысяч лет климат менялся циклично: длительные периоды похолодания (около 90 тысяч лет) сменялись короткими периодами потепления (примерно 10 тысяч лет). Получается, что мы живем в конце современного межледникового периода, то есть «теплой эпохи», за которой обязательно последует похолодание. Тут идет речь о десятках тысяч лет, и нам сложно это заметить из-за ограниченной продолжительности жизни человека.
В свою очередь, крупные климатические циклы содержат в себе периодичность более низкого порядка. В интервале последнего оледенения с максимумом 20 тысяч лет назад, по материалам Гренландских ледовых кернов установлено 23 тысячелетних цикла. Каждый из них начинался с очень резкого потепления, а потом температура медленно опускалась и достигала точки локального минимума. Эти циклы названы циклами Дансгарда-Эшгера по имени открывших их ученых.
В поисках годовых колец
Что касается экспедиций к земным полюсам, целью которых является получение ледовых кернов, или в пещеры на поиски записей, скрытых в сталагмитах, — этим занимаются большие международные группы.
[columns size=»1/2″ last=»false»]
Им важно получить длинные непрерывные и максимально подробные ряды палеоклиматических данных, которые смогут служить репером при корреляции морских и континентальных архивов.
Ледники на континентах, где в течение тысяч лет зимой постоянно выпадал снег, который затем спрессовывался в лед, являются подходящими объектами для поиска опорных записей. Гренландские ледовые керны демонстрируют временное разрешение (то есть временной шаг между соседними слоями) до 1 года в некоторых интервалах. Эти разрезы содержат информацию об изменениях природной среды за последние 123 тысячи лет. Самый длинный антарктический ледовый керн содержит климатическую запись последних 800 тысяч лет. Данные с шагом в десятки лет в отдельных интервалах получены при изучении сталагмитов из пещер Китая, Южной Америки и Западной Европы. По китайским сталагмитам ученые сумели расшифровать данные о климате до 640 тысяч лет назад.
[/columns]
[columns size=»1/2″ last=»true»]
[/columns]
Палеоокеанология
«Одной из задач нашей лаборатории является реконструкция изменений характеристик океанов и морей в геологическом прошлом. Эта область интересов выделяется в науку палеоокеанологию как часть общей палеоклиматологии. Поскольку океан играет определяющую роль в формировании климата на временных отрезках в тысячи и сотни тысяч лет, то знание его свойств и процессов, протекавших в нем в прошлом, представляет большой интерес для науки. Несмотря на то, что Мировой океан занимает 71% площади нашей планеты, в настоящее время он изучен лишь на 2–5%. Поэтому данных для полного понимания того, что происходило в прошлом, все еще недостаточно. В наших исследованиях мы используем целый ряд индикаторов, которые помогают понять, как, к примеру, менялась циркуляция вод в глубинах палеоокеана, какие факторы влияли на величину биологической продуктивности, насколько сильны были придонные течения и каким образом все эти изменения были связаны с климатом Земли в течение отдельно взятых интервалов геологической истории», — рассказывает старший научный сотрудник лаборатории палеоокеанологии Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН Екатерина Овсепян.
Для того, чтобы получить эти данные, нужны колонки морских осадков. Они накапливаются слой за слоем, сохраняя в себе информацию о характеристиках океана в момент своего формирования. Чтобы получить такие колонки, используется специальная трубка, которая опускается на дно, врезается в него, после чего срабатывает запирающий механизм, и она поднимается наверх, заполненная осадком. Нижняя часть колонки соответствует более древним событиям, верхняя часть — относительно недавним. Поднятая колонка делится на секции метровой длины. Затем каждая секция фотографируется и режется вдоль на две части: одна консервируется и уходит в архив, другая остается для исследований. Рабочая часть секции нарезается послойно, как правило, по одному сантиметру. Далее в каждой пробе проводится целый ряд анализов, результаты которых впоследствии интерпретируются.
Ударная грунтовая трубка, с помощью которой отбираются образцы со дна океана
Для реконструкций палеоусловий используется целый набор индикаторов. К примеру, в открытом океане средний размер зерен, слагающих анализируемые осадки, может говорить об интенсивности придонных течений. Чем крупнее средний размер, тем более вероятно, что скорости придонных течений в соответствующий период времени были выше. Минеральный и геохимический анализы дают представление об источниках сноса материала, которым сложен осадок. Кроме того, в толще и на дне океана обитают многочисленные представители морской флоры и фауны, некоторые из которых захораниваются после гибели. Хорошо сохраняются в осадке те организмы, которые имеют твердый скелет или раковину. Как правило, это представители микрофлоры (диатомовые водоросли, кокколитофориды) и микрофауны (фораминиферы, остракоды, радиолярии, птероподы).
Разные типы сообществ, которые можно обнаружить в отобранном осадке, могут рассказать об условиях среды, в которой он формировался. Можно оценить, какими были температура, соленость, достаточно ли было кислорода и органического вещества для питания. Изотопный состав раковин фораминифер дает представление о водных массах, в которых обитали эти микроорганизмы.
Таким образом, с помощью многочисленных индикаторов реконструируется палеоокеанологическая обстановка в соответствующий период.
Процесс подготовки ударной трубки к спуску на корме научно-исследовательского судна «Академик Иоффе»
«Не в любом месте океана реально получить колонку, по которой возможно сделать реконструкцию. Нам нужно знать, какого возраста этот осадок. И чем точнее мы определим возраст, тем точнее будут наши выводы. Одним из наиболее распространенных способов определения абсолютного возраста является метод радиоуглеродного датирования. Предел измерений составляет примерно 60 тысяч лет назад. Для определения возраста более древних осадков используется, к примеру, изотопно-кислородная стратиграфия. Для таких построений необходимо иметь непрерывную серию изотопно-кислородных данных, которые получают по раковинам фораминифер определенного вида. Значит, наша колонка донных осадков должна содержать эти раковины в достаточном количестве по всей длине разреза», — уточняет Екатерина Овсепян.
Пилотные пробы ила из колонки донных осадков на предмет размерного и вещественного состава
Объем исторических данных, которые можно поднять со дна, зависит прежде всего от технических возможностей научно-исследовательского судна. Однако скорости седиментации и наличие перерывов в палеоокеанологической летописи также играют важную роль. Где-нибудь в середине океана, в глубоководной котловине очень низкие скорости осадконакопления: несколько миллиметров в тысячу лет. Это значит, что в таких районах можно поднять короткую колонку с большим временным охватом. А если взять колонку с континентальной окраины, то скорости осадконакопления могут достигать 20 сантиметров в тысячу лет. Естественно, чем дальше мы пытаемся заглянуть в прошлое, тем меньше информации у нас есть в распоряжении, тем хуже она сохраняется, и сложнее ее расшифровать.
Замначальника экспедиции профессор И.О. Мурдмаа принимает решение по частоте отбора проб в данной секции колонки
В наших знаниях об истории климата Земли остается еще слишком много белых пятен, и мы находимся еще в самом начале пути к расшифровке климатических процессов прошлого. Но понимание того, как менялся климат на нашей планете, какие процессы сопутствовали этим изменениям на суше и в океане, и какие механизмы являлись движущей силой этих изменений на разных временных рубежах, является основой для прогнозов климата будущего.
