Коллектив американских ученых опубликовал результаты анализа древнейших образцов антарктического льда. Благодаря заключенным в них пузырькам воздуха исследователи проследили, как менялось содержание углекислого газа и метана в атмосфере, а также ее температура около миллиона лет назад, когда на Земле сменилась частота ледниковых периодов.
С началом плейстоценовой эпохи (около 2,6 млн лет назад) на Земле начались периодические оледенения. Ледниковые периоды наступали с регулярными интервалами в 40 000 лет. Однако около миллиона лет назад этот ритм сменился, и периодичность оледенений увеличилась до 100 000 лет. Причины этого остаются неясными, в палеоклиматологии данный вопрос стал известен как «Проблема 100 000 лет». Некоторые ученые связывают изменение в периодичности ледниковых и межледниковых периодов с концентрацией углекислого газа в земной атмосфере. По их предположению, в начале плейстоцена диоксида углерода было сравнительно много, а затем его содержание в атмосфере падало, что вызвало общее охлаждение Земли и переход к более длительным ледниковым периодам с циклом в 100 000 лет. Но до подтверждения этой гипотезы не хватало данных. Самые древние пузырьки воздуха, добытые в кернах антарктического льда, имели возраст лишь 800 тысяч лет, когда изменения цикла уже случилось.
Чтобы добыть образцы более древнего воздуха, ученые нацелились на так называемый «голубой лед», возникший из спрессованных со временем снежных осадков, у гряды Аллан-Хилз в восточной Антарктиде, где движение слоев льда в леднике приблизило древний лед к поверхности. Гляциолог Пол Маевски из Университета штата Мэн и геохимик Майкл Бендер из Принстонского университета выявили древний лед и определили его возраст калий-аргоновым методом. В 2015 году команда под руководством геохимика Джона Хиггинса из Принстона получила ледяной керн рекордной древности, возраст которого составляет 2,7 миллиона лет.
Анализом концентрации CO2 в добытых образцах руководил геохимик Южень Янь (Yuzhen Yan) из Принстона. Когда ученые определили уровень углекислого газа 1,5 миллиона лет назад, они обнаружили, что он неожиданно низок, колеблется между 204 и 289 частями на миллион, в зависимости от того, был на планете ледниковый период или нет. Современная концентрация углекислого газа в атмосфере составляет 407 миллионных долей.
Существует много свидетельств в пользу того, что в начале плейстоцена мир был теплее, поэтому ожидалось, что образцах возрастом 1,5 млн лет будет высокое, а не низкое содержание углекислого газа. Следовательно, причиной дальнейшего охлаждения Земли был не углекислый газ, а что-то иное. По предположению гляциолога из Университета штата Орегон Питера Кларка, такую роль могло сыграть накопление большого количества льда в северном полушарии. Увеличивая отражение солнечного света, ледники охлаждали атмосферу.
Авторы нынешнего исследования считают важным, что, когда планета перешла к 100 000-летнему циклу ледниковых периодов, уровень СО2 во время оледенений снизился в среднем на 24 миллионных доли по сравнению с аналогичными моментами в предыдущую эпоху. Сходные изменения наблюдаются в минимальном уровне метана и температуре в период оледенений при переходе от «100-тысячелетней» к «40-тысячелетней» эпохе. Вероятно, климатические циклы оказались весьма чувствительны к уровню углекислого газа и могли измениться даже при небольшом его изменении.
Итоги исследования опубликованы в журнале Nature.
