Вопросы относительно стабильности Восточно-Антарктического ледникового щита являются основным источником неопределенности в оценках того, насколько повысится уровень моря, когда Земля продолжит нагреваться. В течение десятилетий ученые считали, что Восточно-Антарктический ледяной щит оставался стабильным в течение миллионов лет, но недавние исследования начали подвергать сомнению эту идею. Теперь исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Крус сообщили о новых доказательствах существенной потери льда в Восточной Антарктиде во время межледникового теплого периода около 400 000 лет назад.
Исследование, опубликованное 22 июля в журнале Nature, было посвящено бассейну Уилкса, одному из нескольких чашеобразных бассейнов на краях ледяного покрова, которые считаются уязвимыми для таяния, так как лед лежит ниже уровня моря. В бассейне Уилкса в настоящее время достаточно льда, чтобы поднять уровень моря на 3-4 метра.
Лед медленно течет через бассейны от внутренней части континента к плавающим шельфовым ледникам на окраинах. Потеря льда приводит к тому, что он перемещается вглубь материка, – объяснил автор исследования Терренс Блэкберн, доцент кафедры наук о Земле и планет в Калифорнийском университете в Санта-Круз.
«Наши данные показывают, что линия таяния в бассейне Уилкса отступила на 700 километров внутрь континента во время одного из последних действительно теплых межледниковых периодов, когда глобальные температуры были на 1-2 градуса Цельсия выше, чем сейчас», – сказал Блэкберн. «Вероятно, это способствовало повышению уровня моря на 3–4 метра, а Гренландия и Западная Антарктида вместе дали еще 10 метров».
Другими словами, период глобального потепления, сопоставимый с тем, что ожидается в текущих сценариях при выбросах парниковых газов, создаваемых человеком, привел к повышению уровня моря примерно на 13 метров. Конечно, этого не произойдет сразу – для таяния льда требуется время.
«Мы открыли дверь морозильника, но этот кусок льда все еще холодный, и он никуда не денется в краткосрочной перспективе», – сказал Блэкберн. «Чтобы понять, что произойдет в более длительных временных масштабах, нам нужно увидеть, что происходило в сопоставимых условиях в прошлом».
Проблема изучения межледниковых периодов во время плейстоцена состоит в том, что все они закончились в другом ледниковом периоде, когда ледяной щит снова продвинулся и скрыл доказательства. Для нового исследования Блэкберн и его коллеги использовали новую методику, основанную на изотопных измерениях в месторождениях полезных ископаемых, которые регистрируют прошлые изменения в подледниковых флюидах.
Уран-234 (U-234) – это изотоп урана, который очень медленно накапливается в воде, находившейся в контакте с породами из-за высокоэнергетического распада урана-238. Это происходит везде, но в большинстве мест гидрологические процессы уносят воду от источников обогащения, и U-234 растворяется в больших водоемах. В Антарктиде, однако, вода удерживается у основания ледяного покрова и движется очень медленно, пока лед стабилен, что позволяет U-234 расти до очень высоких уровней в течение длительных периодов времени.
Блэкберн объяснил, что ледяной покров действует как изолирующее одеяло, так что тепло изнутри Земли вызывает таяние у основания. Но температуры холоднее там, где на краях ледяного покрова лед тоньше, что приводит к замерзанию подледниковой воды.
«Вода, текущая подо льдом, начинает замерзать по краям, что концентрирует все растворенные минералы до тех пор, пока она не станет перенасыщенной и минералы выпадут в осадок, образуя отложения опала или кальцита», – сказал он. «Эти отложения улавливают уран-234, поэтому мы можем датировать отложения и измерять их состав, и мы можем отслеживать это с течением времени, чтобы получить глубокую историю состава воды под ледниковым щитом».
Эта история говорит о том, что U-234 в подледниковой воде бассейна Уилкса был смыт в межледниковый период 400 000 лет назад, когда лед растаял, а линия таяния отступила. Это сбрасывало концентрацию U-234 до низких значений фона, а затем накопление возобновлялось при наступлении льда снова.
Блэкберн отметил, что современные доказательства накопления U-234 в подледниковых флюидах можно найти в Сухих долинах МакМердо, единственном месте, где антарктические ледники заканчиваются на суше. Там высококонцентрированные смеси выходят из ледников в таких местах, как Кровавые водопады, где кроваво-красный цвет происходит из-за высокой концентрации железа.
«Изотопные составы этих смесей сопоставимы с осадками, которые мы датировали в разных местах, и все они имеют характерное обогащение U-234», – сказал Блэкберн. «Смеси – это то, что остается, когда подледниковые флюиды доходят до края ледяного покрова».
Новое исследование было вдохновлено публикацией 2016 года, в которой исследователи, изучающие глубоководные кораллы, сообщили о значительных изменениях в химии океана, включая всплеск U-234, совпадающий с концом последнего ледникового периода, когда огромный Лаврентийский ледяной покров, покрывающий большую часть Северной Америки, растаял.
«Они предположили, что он накапливается под ледниковыми щитами, и указали на некоторые возможные места в Антарктике, где это может происходить», – сказал Блэкберн. «Я случайно оказался в одном из таких мест».
Так же, как и его коллега, гляциолог Славек Тулачик, профессор наук о Земле и планетах в Калифорнийском университете в Санта-Крус. Они обсудили документ и начали планировать это исследование, в котором в конечном итоге приняли участие несколько преподавателей и студентов UCSC. Команда собрала несколько образцов месторождений полезных ископаемых, но некоторые из наиболее важных образцов, использованных в исследовании, были собраны в 1980-х годах и заархивированы в хранилище полярных скал Берда в Университете штата Огайо.