Топлинната риза на Земята

Ерата на ледниковите периоди преди милион години предизвикала спиране на теченията.

Практически пълното спиране на теченията е накарало морските води да поглъщат повече въглероден диоксид, което е лишило Земята от голяма част от нейната „топлинна риза“ и забележително снижило средногодишните температури на планетата, смятат авторите на статия в сп. Science.

Този процес е станал причина за настъпването на ерата на ледниковите периоди, която започнала преди около милион години.

„Откриването на толкова силна „авария“ в работата на океанския конвейер е било голяма изненада за нас. Тя е позволила на ледниковите щитове да нараснат във времето, когато е трябвало да се топят.

Това е станало причина за първия ледников цикъл с продължителност 100 000 години. В това време площта на ледниците трябвало да достигне критична точка, след която системата от течения в Световния океан завинаги да премине в слаб режим“, пояснява един от авторите на статията – Стивън Голдщейн от Колумбийския университет в Палисейд (САЩ).

Голдщайн и колегата му Леополдо Пена изучили химичния и изотопния състав на минералите, формирали се в т.нар. преход на средния плейстоцен – предпоследната геоложка епоха в историята на Земята, която се е характеризирала със суров климат и постоянни цикли на настъпване и отстъпване на полярните шапки.

В първата половина на плейстоцена периодите на настъпване на ледниците и затоплянията са били относително слаби и са се сменяли един друг доста често – на всеки 40 000 години. Тяхната смяна учените свързвали с т.нар. цикли на Миланович – изменения в количеството попадаща на Земята слънчева светлина поради изменения в наклона на земната ос под действието на други планети.

След прехода на средния плейстоцен циклите на заледяване и междуледниковите започнали да се сменят един друг на всеки 100 000 години в резултат на изменението в степента на „закръгленост“ на орбитата на Земята. Палеоклиматолози и геолози досега не са единни по въпроса, защо е настъпил преходът и завършил ли е този цикъл.

Отговорът ще помогне да се прогнозира как ще се променя климатът на планетата в близките години и кога от парниковите газове ще се съкрати площта на ледените шапки.

Голдщейн и Пена обърнали внимание на рязкото съкращаване на дела на въглероден диоксид в атмосферата, за което свидетелстват десетки най-различни геоложки индикатори в породи от прехода на средния плейстоцен.

Тъй като океанът съдържа в себе си десетки пъти повече въглероден диоксид, отколкото атмосферата, авторите предположили, че климатични или геоложки процеси може да са изменили способността на моретата да задържат въглероден диоксид и да предизвикат преход към продължителни ледникови цикли.

Палеоклиматолозите анализирали няколкостотин образци добити от дъното на Атлантика породи, формирали се преди, по време и след прехода от средния плейстоцен.

Както отбелязват учените, съотношението на някои вещества или техни изотопи в морските планински породи зависи от температурата на водата, нейната соленост и други свойства на океана. Това позволява да се проследи как се е променял климатът на планетата в периода на тяхното формиране.

При изучаването на образците геолозите от Колумбийския университет избрали сравнително необичаен геохимичен индикатор – съотношението на два изотопа на редкия земен метал неодим – неодим-143 и неодим-144.

Първият от тях е стабилен и попада в Световния океан в резултат на разрушаването на планински породи от водите на реки, а вторият е относително стабилен изотоп, чиито атоми възникват в резултат на разпада на други радионуклиди.

Преди повече от 15 години Голдщайн изяснил, че неодим е изключително инертен в морската вода и не привлича вниманието на морските организми, поради което съотношението на изотопите на този метал в утаечните породи зависи само от един параметър – скоростта на циркулация на водата над точката, при която се утаяват неговите атоми.

Това позволило на учените да оценят как се е променял рисунъкът на океанските течения в средата на плейстоцена. Глобалната система течения, така нареченият океански конвейер, обхваща всички океани на Земята и пряко влияе на климата, пренасяйки топлината от екваториалните и тропическите води в умерените и полярните региони.

Освен това, както отбелязват учените, конвейерът интензивно смесва водите от Световния океан и кара част от въглеродния диоксид да се връща обратно в атмосферата.

Съдейки по съотношението на неодима в породите, формирали се в началото на прехода на средния плейстоцен, скоростта на движение на теченията първо рязко се е снижила преди около 960 000 години, достигайки минимума преди около 900 000 години, когато глобалният конвейер практически е спрял.

В резултат на това процентът на СО₂ във водата, както сочи съставът на черупките на ракообразни и едноклетъчни водорасли, рязко е нараснал, а неговото съдържание в атмосферата е спаднало. На Земята вместо затопляне е започнал период на силно застудяване, което е продължило допреди 860 000 години, когато работата на „топлинната риза“ на планетата е започнала да се възстановява.

Впоследствие нормалната работа на конвейера така и не се възстановила – скоростта на океанските течения в последните милион години е значително под тази, която е била в първата половина на плейстоцена. Освен това след прехода от средния плейстоцен теченията по време на ледниковите периоди са започнали да забавят ход, което може да е засилило растежа на полярните шапки, по време на суровите застудявания те са достигнали ширините на Вашингтон и Краснодар.

Важно е, че тези изменения в работата на океанския конвейер са протичали няколко хиляди години преди климатът на планетата да претърпи поредната промяна.

Даденият факт позволява на Голдщайн и Пене да твърдят, че не само астрономични фактори, но и спирането на теченията е било причина за началото на прехода от средния плейстоцен и епохата на продължителни ледникови периоди.