Когда уровень углекислого газа в парниковом газе поднимается и нагревает земной шар, лед Антарктиды станет более уязвимым для циклов в астрономическом масштабе, особенно наклон нашей планеты, поскольку она вращается вокруг своей оси.
Новые исследования показывают, что за более чем 30 миллионов лет истории ледяные щиты Антарктиды наиболее сильно реагировали на угол наклона Земли вокруг своей оси, когда лед распространяется в океаны, взаимодействуя с потоками, которые могут вызывать прилив теплой воды к краям и приводить к увеличению плавление. Эффект наклона достиг максимума, когда уровни углекислого газа были похожи на то, что ученые предсказывают в следующем столетии, если люди не получат контроль над выбросами.
По мере того, как уровни углекислого газа превышают 400 частей на миллион, климат станет более чувствительным к наклону или наклону Земли, сообщают исследователи 14 января в журнале Nature Geoscience.
«Действительно критическим является количество углекислого газа в атмосфере», - сказал соавтор исследования Стивен Мейерс, палеоклиматолог из Висконсинского университета, Мэдисон.
Сценарий с высоким содержанием углекислого газа и большим углом наклона может быть особенно разрушительным для ледяного покрова Антарктиды толщиной в несколько миль.
Восстановление прошлого
По словам Мейерса, около 40 000 лет ось Земли наклоняется назад и вперед «как кресло-качалка». В настоящее время этот наклон составляет около 23,4 градуса, но он может составлять всего 22,1 градуса или целых 24,5 градуса.
Наклон имеет значение для того, когда и где солнечный свет попадает на земной шар, и, следовательно, может влиять на климат.
Чтобы восстановить историю того, как лед Антарктиды отреагировал на этот наклон, Мейерс и его соавторы использовали несколько источников информации о прошлом климата Земли. Одним из источников был карбонат кальция со дна океана, оставленный одноклеточными организмами, называемыми бентическими фораминиферами. Эти организмы выделяют вокруг себя оболочку из карбоната кальция, фиксируя глобальную непрерывную историю химии океанов и атмосферы.
Записи отложений в окрестностях Антарктиды предоставили еще один источник истории климата - специальность соавтора исследования и палеоклиматолога Ричарда Леви из GNS Science и Университета Виктории в Веллингтоне в Новой Зеландии. Эти отложения, пробуренные со дна океана в длинных столбчатых кернах, также содержат записи о прошлом. Ледник, например, сбрасывает характерную смесь грязи, песка и гравия, где он находится. Эти ядра дают очень подробную картину того, где когда-то были ледяные щиты, сказал Мейерс, но в записи есть пробелы.
Ледяные циклы
С данными из обоих источников, исследователи вошли в историю Антарктиды от 34 миллионов до 5 миллионов лет назад. По словам Леви, первые большие ледяные щиты на Антарктиде образовались 34 миллиона лет назад, а круглогодичный морской лед стал нормой только 3 миллиона лет назад, когда уровень углекислого газа упал ниже 400 частей на миллион.
От 34 миллионов лет назад до 25 миллионов лет назад содержание углекислого газа было очень высоким (от 600 до 800 частей на миллион), и большая часть льда Антарктиды была наземной, не контактировала с морем. Исследователи выяснили, что продвижение и отступление континента на лед были относительно нечувствительными к наклону планеты. Между 24,5 млн. И 14 млн. Лет назад содержание углекислого газа в атмосфере снизилось до 400-600 ч / млн. Ледяные щиты чаще всего продвигались в море, но плавучего морского льда было не так много. В это время планета стала довольно чувствительной к наклону земной оси.
Между 13 миллионами и 5 миллионами лет назад уровень углекислого газа снова упал, достигнув всего 200 ppm. Плавучий морской лед стал более заметным, образовав корку над открытым океаном зимой и истончаясь только летом. Чувствительность к наклону Земли снизилась.
По словам Леви, «Живой науке» Леви не совсем ясно, почему происходит такое изменение чувствительности к наклонности, но причина, по-видимому, заключается в контакте льда и океана. В периоды сильного наклона полярные регионы нагреваются, и различия в температуре между экватором и полюсами становятся менее экстремальными. Это, в свою очередь, изменяет характер ветра и течения, которые в значительной степени обусловлены этой разницей температур, в конечном итоге увеличивая приток теплой океанской воды к краю Антарктиды.
Когда лед в основном наземный, этот поток не касается льда. Но когда ледяные щиты заземлены на дне океана, в контакте с течениями, поток теплой воды имеет большое значение. Плавающий морской лед, кажется, блокирует часть потока, уменьшая склонность ледяного щита к таянию. Но когда уровень углекислого газа настолько высок, что плавучий морской лед тает, ничто не останавливает эти теплые течения. Именно тогда наклон Земли, кажется, имеет наибольшее значение, как это произошло между 24,5 млн. И 14 млн. Лет назад.
Эта история создает проблемы для будущего Антарктиды. В 2016 году уровень углекислого газа в атмосфере Земли постоянно превышал 400 ppm. По словам Леви, последний раз в геологической истории Земли, когда содержание углекислого газа было таким высоким, в Антарктиде не было круглогодичного морского льда. По словам Леви, если выбросы продолжатся такими, какие они есть, морской лед будет колебаться, и «мы вернемся в мир, которого не было миллионы лет».
«Уязвимые морские ледяные щиты Антарктиды будут ощущать влияние нашего нынешнего относительно высокого наклона, и потепление океана на окраинах Антарктиды будет усиливаться», - сказал он.
В понедельник (14 января) другая группа исследователей сообщила, что скорость таяния Антарктики уже в шесть раз выше, чем всего несколько десятилетий назад. Исследователи обнаружили, что с 1979 по 1990 год континент терял около 40 гигатонн льда в год. В период с 2009 по 2017 год он терял в среднем 252 гигатонны льда в год.
Теперь исследователи изучают небольшие вариации чувствительности к наклону Земли, которые происходят на трех обнаруженных ими широких закономерностях, но главное сообщение уже ясно, сказал Леви.
«Морской лед в Антарктике явно важен», - сказал он. «Нам нужно продвигаться вперед и найти пути для достижения целевых показателей выбросов».
