Считается, что во время ледниковых периодов (оледенения) на Земле происходит общее падение температуры и разрастание ледниковых покровов. Новое исследование предполагает, что в это время в атмосферу также проникают выбросы углекислого газа (CO2), которые обеспечивают десятилетия или даже столетия относительного тепла на фоне продолжительного периода похолодания (десятки тысяч лет). Такие процессы могли вызвать исчезновение некоторых ледников и ледяных щитов, тем самым освободив новые территории для растений и животных.
Исследователи измеряют колебания содержания CO2 в атмосфере, изучая ледяные образцы (керны). Их добывают с помощью бурения в Антарктиде, Гренландии и некоторых высоких горах в более низких широтах. Образцы изначально были снегом, который в течение долгого времени под давлением более свежих вышележащих слоев был спрессован в лед. Такие цилиндрические ядра содержат пузырьки воздуха.
Некоторые образцы могут показать, каким был климат сотни тысяч лет назад. Однако данные, отслеживающие изменения в масштабе столетий или более коротких периодов, отсутствовали. Такое исследование было невозможно из-за загрязнения от методов извлечения CO2 из образцов льда.
В новой работе, физики-климатологи из Кембриджского университета придумали новый способ извлечения CO2 из древнего льда. Технология измельчения льда ученых не использует трение между металлическими частями, которые могут быть источником свежего CO2. С помощью новой технологии исследователи измерили концентрацию CO2 с точностью до одной миллионной доли, что примерно в 3 раза точнее предыдущих результатов.
Группа ученых проанализировала части ледяного керна длиной 3,5 км, пробуренного в одной из самых высоких точек восточной части Антарктиды. Возраст образцов находится между 330 000 и 450 000 лет — в этом интервале произошел полный ледниковый период, а также моменты потепления с обеих сторон. В среднем каждая точка данных отличалась по времени примерно на 300 лет, что в 4-6 раз лучше по сравнению с предыдущими исследованиями.
Анализ образцов древнего антарктического льда показал, что внезапные вспышки двуокиси углерода, которые оставались в атмосфере, влияли на климат Земли на всех этапах недавних ледниковых периодов.
Временные эпизоды, в течение которых уровень CO2 быстро повышался могли длиться более 100 лет. Анализ показывает, что климат Земли может меняться намного быстрее, чем считалось ранее. В результате сдвиги в экосистемах, хотя и кратковременные, могли быть более серьезными.
Исследователи предполагают, что скачки содержания CO2 в атмосфере являются результатом изменений конвейерной ленты океанских течений в Атлантическом океане. Когда теплое морское течение ослабевает, то приносит меньше тепла в воды Северной Атлантики. Изменения температуры поверхности моря, в свою очередь, вызывают изменение погодных условий в тропиках, что приводит к сокращению заболоченных территорий. Богатый углеродом материал, хранящийся в ранее заболоченных зонах, разлагается, и посылает большое количество CO2 в воздух, чтобы климат стал теплее.
Однако в наше время такие скачки происходят намного быстрее. Например, повышение концентрации CO2 на 10 частей на миллион, который в доиндустриальные времена мог происходить за 100 или более лет, в наши дни может произойти всего за 4 или 5 лет. Для сравнения, до того, как деятельность людей стала повышать уровень CO2 в воздухе в начале промышленной революции, среднее глобальное содержание углекислого газа в атмосфере составляло около 280 частей на миллион.
Исследование опубликовано в журнале Science.