Як Берингове море змінило механізм виникнення льодовикових періодів

Крига у Беринговому морі
Крига у Беринговому морі 29 квітня 2018 року. Джерело: NASA EarthObservatory

Команда дослідників під керівництвом Сува Кендера з Університету Ексетера дослідила, як змінювалося розшарування води у Беринговому морі протягом початку-середини плейстоцену. Це дослідження локальних покладів морського дна може виявитися досить суттєвим для розуміння механізмів виникнення льодовикових періодів, що саме в цей час активізувалися на планеті.

Цикли Міланковича

Серед теорій щодо того, чому час від часу на Землі стає холодніше на кілька тисяч років, загальноприйнятою вважається така, що пов’язує ці довготривалі зміни з циклічною зміною параметрів обертання планети. Ці зміни, відомі як цикли Міланковича призводять до того, що освітленість поверхні Землі Сонцем змінюється, і температура на ній падає. При цьому передбачені теорією Міланковича мінімуми освітлення Землі Сонцем добре узгоджуються з даними геології, які свідчать про те, що саме в ці періоди на Землі суттєво збільшувалися об’єми криги.

Цикли Міланковича - інфографіка
Цикли Міланковича враховують зміни у формі еліптичної орбіти, прецесії та нахилу вісі орбіти планети. Джерело: Universe Today

Щоправда, як свідчить геологія, цикли Міланковича не завжди призводили до катастрофічних змін клімату. В історії Землі були періоди, коли клімат протягом десятків мільйонів років залишався  відносно теплим.

Приблизно 900 тисяч років тому, в першій половині плейстоцену, ці цикли призвели до того, що клімат став змінюватися достатньо відчутно. Льодовикові періоди, коли значний відсоток океану та суходолу вкривався кригою, що не танула і влітку, змінювалися відносно теплими періодами відлиги між льодовиковими періодами.

Найкраще розроблена теорія, яка б пояснювала, чому цикли Міланковича то працюють, то ні, полягає в тому, що вони виступають лише спусковим гачком для глобальних планетарних процесів, які зумовлені розташуванням суходолу та течій в океані. Суходіл у цій схемі виступає як концентратор перепадів температур. Чим більшою за площею є континентальна маса, тим сильніше її внутрішні частини нагріваються при інтенсивному опроміненні Сонцем, і тим сильніше вони охолоджуються, коли інтенсивність інсоляції падає.

Стабілізатори клімату

З океанами все навпаки. Варто якійсь ділянці океану нагрітися, як вона породжує течії, що намагаються “вирівняти” температуру води на всіх ділянках океану. При цьому течії в океані існують не тільки на поверхні, але й в його глибинах. Ці глибинні течії можуть мати на клімат не менший, а можливо, й більший вплив, ніж поверхневі. Крім того, вода втрачає тепло значно повільніше, ніж суходіл, тож глобальний океан виступає своєрідним стабілізатором клімату на планеті.

Великий конвеєрний океанічний пояс
Тепловий транспортний пояс Світового океану, які утворюють течії, відіграє ключову роль у регуляції клімату планети. Тепла та солена вода Гольфстріму рухається на північ, де вона віддає тепло в атмосферу, нагріваючи Європу. Охолоджені води зрештою опускаються глибше та заходять в Антарктику, після чого повертаються назад до Гольфстріму. Джерело: Intergovernmental Panel on Climate Change

Але й континенти повільно, але рухаються. Через це змінюється площа континентальних мас та характер океанських течій. Тож, за певних комбінацій площ океану та суходолу цикли Міланковича викликають зледеніння, а за інших – ні.

У цій і без того непростій схемі є ще принаймні один важливий чинник — парникові гази в складі атмосфери, зокрема СО2. Простий погляд на проблему вуглекислого газу у контексті зледеніння полягає у тому, що по мірі того, як клімат поступово стає холоднішим та сухішим, площа лісів та боліт, що ефективно поглинають його, зменшується, і парникового газу в атмосфері стає дедалі більше. А чим більше в атмосфері цих газів, тим більше вона починає накопичувати сонячного тепла і не дає планеті повністю замерзнути.

Але цей погляд не враховує того факту, що значна частина вуглецю і СО2 з атмосфери зрештою опиняються в океані. Там СО2 розчиняється у воді, а органічний вуглець поступово опускається на дно. Вчені підозрюють, що значна частина цього вуглецю глибинними течіями виноситься в інші регіони океану, де він піднімається на поверхню і повертається до атмосфери у вигляді вуглекислого газу.

Берингове море

Проте команда дослідників Сува Кендера припустила, що саме зміна глибинних течій близько 900 тисяч років тому могла стати вирішальним чинником того, що на Землі розпочався цикл зледенінь. Для своїх досліджень вони обрали одну дуже характерну ділянку Світового океану – Берингове море.

Супутникове фото Берингового моря. Джерело: NASA

Це море розташоване на півночі Тихого океану та являє собою басейн, відокремлений з півдня високим підводним гірським хребтом, вершини якого відомі як Алеутські острови. На півночі це море сполучене з Північним льодовитим океаном вузькою Беринговою протокою.

Приблизно половина площі моря представлена мілиною, яка в часи  льодовикового періоду була суходолом. Однак на північному заході глибина різко збільшується, утворюючи котловину глибиною до 4  кілометрів. Внаслідок цього, вона в цій глибоководній частині розділена на кілька шарів. Дослідників зацікавили два з них  — Північно-Тихоокеанські Глибинні Води (ПТГВ) та Північно-Тихоокеанські Серединні Води (ПТСВ). ПТГВ знаходяться на глибині понад 400 метрів та являють собою води, які збагачені поживними речовинами та бідні на кисень. Розташовані над ними та відділені термоклином ПТСВ, навпаки, бідні на органіку, але багаті на кисень.

Збережений вуглець

Вчені зацікавилися питанням про те, як давно відбулося розшарування води та  як змінювалися  межі різних шарів у минулому. Для цього вони вдалися до глибинного буріння в кількох точках дна Берингового моря та провели аналіз вмісту ізотопів вуглецю. Порівняння цих даних з іншими, отриманими в результаті буріння дна у різних точках Світового океану показало, що близько 900 тисяч років тому ситуація в Беринговому морі відрізнялася від решти світу. У той час, як в інших місцях одночасно спостерігалося зростання вмісту кисню та поживних речовин, на півночі Тихого океану спостерігалося збільшення відкладання лише останніх.

Берингове море
Супутниковий знімок Берингового моря від 15 травня 2002 року. Джерело: SeaWiFS Project, NASA GSFC, and ORBIMAGE

В результаті аналізу отриманих даних, вчені побудували модель того, що відбувалося у Беринговому морі в першій половині плейстоцену. Приблизно 1 мільйон 200 тисяч років тому клімат на Землі похолоднішав, почалося незначне зледеніння, і рівень води у Беринговому морі знизився. У цей час активно відбувалося розшарування води. ПТГВ насичувалися органічними рештками та вуглецем.Приблизно 930 тисяч років тому настав період часткової відлиги. Однак крига, яка перекривала Берингову протоку не розтанула остаточно, а лягла на ґрунт, повністю перекривши її. Внаслідок цього, вода, що утворилася внаслідок танення криги в Північному Льодовитому океані не потрапила до Берингового моря. Рівень його лишився низьким, і перемішування вод не відбулося. Накопичений вуглець ПТГВ, який мав у цей час вийти на поверхню так і лишився на глибині.

Дестабілізатор клімату

Протягом наступних 30 тисяч років ситуація лише погіршувалася, оскільки органічні рештки з мілини Берингового моря продовжували надходити до його глибин, проте киснем ці глибини не збагачувалися. Цілком можливо, що саме це тривале захоронення вуглецю на дні моря і стало вирішальним у тому, що проміжок між льодовиковими періодами виявилося таким коротким, а наступний льодовиковий період приніс значно більше зледеніння до Північної півкулі.

Підводний рельєф Берингового моря. Джерело: oceandoctor.org

Фактично, Берингове море замість стабілізатора клімату, якими є усі великі водойми на Землі, перетворилося на ще одне джерело підсилення дії циклів Міланковича. Так наступні кілька сотень тисяч років ці коливання призводили до катастрофічних наслідків.

Поки що незрозуміло, наскільки процеси в Беринговому морі впливали на клімат в цілому. Головним висновком із проведеного дослідження став не стільки, навіть, виявлений механізм розшарування води, скільки підтвердження того факту, що глибинні течії та переніс із ними вуглецю дійсно впливають на клімат Землі.

Механізм зміни клімату на планеті не можна описати лише однією моделлю. Клімат завжди є результатом накладання астрономічних чинників на рельєф з додаванням купи більш дрібних механізмів. Але, як показало нове дослідження, кожен із цих дрібних механізмів може стати тією силою, що штовхне розвиток подій на планеті в той чи інший бік.

Nature Communications (2018), doi: 10.1038/s41467-018-07828-0

Total
18
Shares
18 Shares:
Перегляньте також
Бермудські острови
Далі

Новий механізм утворення вулканів пояснює виникнення Бермудських островів

Дослідники з Корнельського університету у США зацікавилися походженням Бермудських островів. Вони дослідили гірські породи, що лежать в основі…
Утворення кристалів льоду
Далі

Мікроби керують процесом замерзання води завдяки протеїнам, і ми можемо це використати

Група вчених з Університету Юти дослідила протеїни, які використовуються різними живими істотами від бактерій до комах у якості…
Дослідження в Південному океані
Далі

Українські науковці повертаються до дослідження Південного океану – вперше з 2001 року

13 листопада група українських вчених вперше після 17-річної перерви вирушила в дослідницьку експедицію з вивчення стану Південного океану.