На пике глобального потепления 90 млн лет назад Землю покрыли полярные шапки

Сегодня учёные предполагают, что одним из самых теплых периодов на планете с момента зарождения жизни стоит считать туронский подраздел мелового геологического периода, длившийся с 93,5 по 89,3 миллионов лет назад. По данным современной науки, поверхностная температура тропических морей тогда могла достигать 34–37 ºC, что на 5–10 ºC выше, нежели аналогичные показатели сегодня. Температура вод, омывавших Антарктиду, достигала 20 ºC, а там, где сейчас обитают пингвины, около 90 миллионов лет назад плавали крокодилы. И это не фигура речи – останки теплолюбивых рептилий действительно находят в высоких широтах, хотя и арктических, а не антарктических.

До сих пор считалось, что в то время Земля, атмосфера которой содержала в несколько раз больше парниковых газов, чем сейчас, не могла иметь серьезные ледниковые образования на полюсах, в том числе и южном, который 90 миллионов лет назад, как и сейчас, находился на антарктическом континенте. Более того, первые масштабные ледниковые образования в Антарктике, отмечали многие учёные, появились не ранее, чем 33 миллиона лет назад.

Впрочем, некоторые специалисты уверены, что подобное предположение опрометчиво: оно построено на данных о современных изменениях климата, которые могут быть неприменимы напрямую к более древним периодам существования планеты. Кроме того, некоторые указания на то, что около 90 миллионов лет назад часть вод Мирового океана оказалась «изъята» из круговорота воды в природе, понизив уровень морей на несколько десятков метров.

Одним из самых простых объяснений такого поведения морей могло бы стать как раз «запирание» части воды в массивных полярных шапках, однако у сброса могли быть и геологические причины. Тем более, так непросто поверить, что континент, у берегов которого плещутся тёплые воды, может быть покрыт огромным ледовым щитом.

Похоже, поверить придётся. Вода действительно испарялась с поверхности и оседала в ледовой шапке Антарктики.

Для доказательства этой гипотезы геологи под руководством Андре Борнманна из Лейпцигского университета в Германии и его коллеги из США, Великобритании и Нидерландов проанализировали меловые отложения в западной области экваториально-тропической Атлантики, полученные при бурении океанического дна у побережья Суринама. Их работа опубликована в последнем номере Science.

В руках исследователей оказались окаменелости, принадлежащие представителям класса фораминифер (foraminifera) — одноклеточных простейших, в обилии населявших моря мелового геологического периода. Анализ этих окаменелостей, проведенный в американском Институте океанографии имени Скриппса, где до недавнего времени работал Борнманн, помог экспертам понять, какова была температура воды — как на поверхности, так и на глубине — в условиях теплого, «парникового» климата, а также оценить интенсивность её испарения.

В частности, измерение относительной концентрации тяжёлого и лёгкого («обычного») изотопов кислорода ¹⁸O/¹⁶O в окаменелостях позволило оценить скорость изъятия воды в результате её испарения с поверхности. Дело в том, что молекулы воды, содержащие лёгкий изотоп кислорода, более летучи и интенсивнее испаряются с поверхности. Если никаких изменений в «резервуарах», по которым в процессе круговорота воды в природе движется вода, не происходит, то те же лёгкие изотопы возвращаются в океан, и изменение изотопного состава не происходит.

Тем не менее, в фораминиферах, датируемых примерно 91,2 миллионами лет назад, наблюдается резкий скачок концентрации ¹⁸O, а значит изымаемая в процессе испарения вода где-то оседала. Единственный кандидат на роль такого склада – ледники, а местом, где ледник мог образоваться, скорее всего, являются полярные высокогорья Антарктиды.

В принципе, изменение относительной концентрации тяжёлого кислорода могло быть вызвано и изменениями температуры воды, однако совпадение вариаций на мелководье и в глубине, где температура менялась не сильно, делает такую возможность маловероятной. Кроме того, анализ органических молекул, представленных в тех же отложениях, проведённый в университетах Ньюкасла и Кёльна и Королевском нидерландском институте исследований моря, окончательно исключил температурную версию.

Как отмечают исследователи, наиболее вероятно, что значительная часть воды, испарявшейся с поверхности океанов и морей, выпадала над Антарктикой в виде снега, постепенно спаявшегося в мощные ледники. По расчётам учёных, такой ледник занимал площадь примерно в половину нынешней Антарктиды, практически полностью покрытой льдами. Это примерно столько же, сколько нужно для сброса уровня моря на 25–40 метров, следы которого прежде обнаруживали геологи.

По словам исследователей, ледник сохранялся в течение примерно 200 тысяч лет, после чего изотопный состав кислорода вернулся к норме того времени.

Парадоксально, но одной из причин появления этой полярной шапки мог послужить сам тёплый климат, а именно – более интенсивный круговорот воды, вызванный более интенсивным испарением с поверхности тёплых океанов.

Стоит отметить, что компьютерные модели пока не в состоянии разобраться во всех хитросплетениях циркуляции воздушных масс и воды, поэтому указанная причина пока остаётся гипотезой.

Впрочем, активная гидрологическая деятельность продолжалась на планете много дольше двухсоттысячелетнего существования ледяной шапки. По мнению авторов исследования, на процесс охлаждения полюса могло повлиять совпадение нескольких факторов, в том числе – «холодная» половина одного из климатических циклов, связанных с изменением формы орбиты Земли (её эксцентриситета) и её ориентации относительности оси вращения планеты. Период этого цикла – как раз вдвое дольше времени существования ледника.

Как заявляют эксперты, работа Борнманна и его коллег направлена на получение новой информации относительно того, как возникают, развиваются и исчезают полярные ледяные образования.

Согласно большинству существующих на сегодняшний день моделей, большая часть льдов Антарктиды, которая лежит к востоку от горной цепи, пересекающей весь континент, не растает даже при весьма существенном потеплении климата. Однако ледяные образования к западу от гор не выглядят настолько безопасными.

«То, что нас действительно сегодня беспокоит – судьба более уязвимого западноантарктического и гренландского ледяных щитов, исчезновение которых, как считают некоторые исследователи, может начаться уже в этом столетии», — заметил Майкл Оппенгеймер из Принстонского университета, комментируя по просьбе Nature работу Борнманна и его коллег. Сам Оппенгеймер в исследовании не участвовал. Впрочем, он особо отметил, что пока гарантированно предсказать будущее этих ледников ни одна модель не может.

С ним согласен и Томас Вагнер из Института исследований окружающей среды и экологической устойчивости Университета Ньюкасла, который является одним из соавторов опубликованной в Science статьи. По его словам, некоторая неуверенность в результатах исследования всегда имеет место, поскольку ни одна модель не может дать верифицируемых результатов.

Однако результаты исследований показывают, что даже чрезвычайно жаркий климат одного из участков мелового периода оказался не в состоянии остановить появление ледовых образований. Несомненно, появление льдов в Антарктиде в течение турона является несколько более необычным явлением, чем появление аналогичных образований в периоды похолодания, однако это вполне возможно.

В любом случае, учёные уверены, что их исследование является весьма своевременным: сейчас жизнедеятельность людей, вызывающая образование парниковых газов, в значительной степени влияет на потепление климата, и данные об изменениях планеты в ходе предыдущих «парниковых» периодов могут стать решающим для понимания того, что будет сопровождать современное потепление Земли.