Что вызвало ледниковые периоды? Ключевые доказательства нашли в крошечных океанских окаменелостях

Последний миллион лет истории Земли характеризуется частыми «ледниково-межледниковыми циклами» — резкими колебаниями климата, связанными с ростом и сокращением массивных ледниковых щитов. Эти циклы запускаются слабыми колебаниями орбиты и вращения Земли, но сами по себе эти орбитальные изменения слишком малы, чтобы объяснить масштабные климатические сдвиги. Международная группа учёных из Принстонского университета и Института химии Макса Планка (MPIC) обнаружила в антарктических осадочных кернах свидетельства того, что во время ледниковых периодов изменения в поверхностных водах Южного океана способствовали удержанию большего количества CO₂ в глубинах океана. Исследование опубликовано в журнале Science.

Ещё в 1970-х годах было установлено, что концентрация углекислого газа (CO₂) в атмосфере во время ледниковых периодов была примерно на 30% ниже. Это породило гипотезы о ключевой роли CO₂ в ледниковых циклах, однако причины его снижения оставались неизвестными. Новое исследование дало прямое доказательство систематического ослабления ветрового апвеллинга (подъёма глубинных вод) в Южном океане во время ледниковых периодов. Учёные проанализировали изотопы азота в органическом веществе, сохранившемся в окаменелых кремниевых панцирях диатомовых водорослей, что позволило реконструировать концентрацию питательных веществ в поверхностных водах и интенсивность апвеллинга за последние 150 000 лет.

«Анализ изотопов азота в окаменелостях, таких как диатомеи, раскрывает концентрацию азота в поверхностных водах в прошлом», — пояснила ведущий автор исследования, аспирант Принстона Сююань Эллен Ай. Глубинные воды богаты азотом, необходимым водорослям. Чем сильнее апвеллинг в Антарктике, тем выше концентрация азота на поверхности. Полученные данные позволили учёным сделать вывод, что ослабление ветрового апвеллинга во время оледенений уменьшало «утечку» CO₂ из глубинных вод обратно в атмосферу, способствуя его накоплению в океане и глобальному похолоданию.

Более точная датировка отложений, синхронизированная с данными ледяных кернов, позволила установить, что именно ветры являются ключевым драйвером изменений апвеллинга. «Наши выводы показывают, что изменения CO₂, вызванные апвеллингом, были центральными для циклов, но не всегда так, как многие из нас предполагали», — отметил профессор Дэниел Сигман. Например, изменения апвеллинга в Антарктике вызывали такие колебания CO₂, которые продлевали периоды наиболее тёплого климата, а не ускоряли наступление ледниковья.

Результаты также важны для прогнозирования реакции океана на глобальное потепление. Наблюдаемое значительное усиление ветрового апвеллинга в Антарктике в тёплые периоды прошлого указывает на вероятность его интенсификации в будущем. Более сильный апвеллинг может ускорить поглощение океаном избыточного тепла, но также повлиять на биологические условия Южного океана и состояние антарктических льдов. «Новые данные свидетельствуют о том, что атмосфера и океан вокруг Антарктиды сильно изменятся в грядущем столетии», — заключила Эллен Ай.