Космическая пыль, запечатанная в арктических льдах, ставит под сомнение прежние модели изменения климата. Новое исследование позволило заглянуть в далёкое прошлое Арктики, используя космическую пыль для восстановления истории морского льда за последние 30 000 лет.
Эта работа, опубликованная на прошлой неделе в журнале Science, позволяет учёным заглянуть далеко за пределы короткой эпохи спутниковых наблюдений и предоставляет ключевые данные для понимания того, как меняется Арктика и в какой опасности находится этот хрупкий регион.
Крошечные частицы из космоса постоянно оседают на поверхность Земли, но лишь недавно исследователи научились использовать эту пыль в качестве климатической машины времени. Когда Северный Ледовитый океан покрыт льдом, он действует как барьер, не давая космической пыли достичь дна. Когда лёд тает и отступает, частицы космической пыли проникают в толщу воды и оседают вместе с морскими осадками.
Проанализировав количество внеземного гелия-3, редкого изотопа, который содержится в космической пыли, вместе с локально производимым торием-230 в целенаправленно собранных кернах донных отложений, исследовательская группа восстановила многовековые циклы наступления и отступления арктических льдов. Этот метод был применён к образцам, взятым на трёх различных участках, каждый из которых был выбран из-за современной картины ледового покрытия: один под круглогодичным льдом, другой у динамичной кромки льда и третий, который перешёл от постоянного к сезонному ледяному покрову за последние сорок лет. В совокупности эти образцы зафиксировали детальную летопись изменений морского льда, уходящую в прошлое до последнего ледникового периода.
Согласно исследованию, донные отложения предоставили учёным уникальную возможность заглянуть в древнее прошлое Земли. На пике последнего ледникового периода, около 20 000 лет назад, космическая пыль практически не достигала морского дна, что указывает на то, что вся центральная Арктика была скована многолетним льдом. По мере потепления планеты и окончания ледникового периода уровень пыли в отложениях возрастал. Периоды сокращения ледяного покрова совпадали с эпохами повышенной биологической активности, о чём свидетельствует обилие определённых микроскопических окаменелостей и изменения в потреблении питательных веществ, зафиксированные в кернах.
Но самым неожиданным оказался фактор, стоявший за этими изменениями. Вопреки прежним предположениям, новые данные свидетельствуют о том, что доминирующей силой, формирующей ледяной покров Арктики, было атмосферное потепление, а не температура океана. Это означает, что потеря льда, вероятно, будет ускоряться более быстрыми темпами, поскольку воздух реагирует на изменение климата быстрее, чем глубинные океанические течения.
«Если мы сможем спрогнозировать сроки и пространственные закономерности будущего сокращения ледяного покрова, это поможет нам понять механизмы потепления, предсказать изменения в пищевых сетях и рыболовстве и подготовиться к геополитическим сдвигам», — заявил в пресс-релизе ведущий автор работы, профессор Фрэнки Павиа.
С момента начала спутникового мониторинга в 1979 году площадь арктического морского льда сократилась более чем на 42%, и климатические модели предсказывают, что в течение нескольких десятилетий регион может летом полностью освобождаться ото льда. Это изменение является маркером потепления всей планеты и запускает каскад экологических и социальных преобразований. Морской лёд действует как щит, отражая солнечный свет обратно в космос. По мере его исчезновения тёмная океанская вода поглощает больше тепла, ускоряя процесс потепления в петле обратной связи, которую эксперты называют «арктическим усилением». Биологические последствия могут быть столь же значительными. Исследование обнаружило прямую связь между потерей льда и ростом биологической продуктивности. Открытая вода позволяет солнечному свету проникать глубже и способствует фотосинтезу, приводя к цветению фитопланктона.
«По мере уменьшения льда в будущем мы ожидаем увеличения потребления питательных веществ фитопланктоном в Арктике, что повлечёт последствия для всей пищевой сети», — сказал Павиа.
Однако с исчезновением льда эта хрупкая система может быть нарушена, что затронет морскую жизнь, арктическое рыболовство и даже глобальные океанические течения.
Помимо экологических изменений, отступление льда имеет геополитические последствия. Могут открыться новые судоходные маршруты, страны могут вступить в борьбу за вновь доступные ресурсы, а прибрежные сообщества столкнутся с всё более неопределённым будущим. Учитывая, что пока изучены керны лишь с трёх участков, исследователи и политики признают, что для получения полной картины необходимо собрать больше образцов, что является сложной логистической и научной задачей в удалённой Арктике. Поскольку регион стремительно теплеет, понимание его прошлого становится всё более важным для подготовки к его будущему.
«Если мы сможем спрогнозировать сроки и пространственные закономерности будущего сокращения ледяного покрова, это поможет нам понять механизмы потепления, предсказать изменения в пищевых сетях и рыболовстве и подготовиться к геополитическим сдвигам», — пояснил Павиа.