Утрата арктических отложений вечной мерзлоты в результате береговой эрозии может усилить потепление климата из-за парникового эффекта. Исследование с использованием образцов отложений из Охотского моря на восточном побережье России, проведенное исследователями AWI, показало, что утрата арктической вечной мерзлоты в конце последнего ледникового периода привела к повторяющимся внезапным повышениям концентрации углекислого газа в атмосфере.
Сегодня точная величина будущего увеличения концентрации парниковых газов остается неизвестной. Отчасти это связано с тем, что углекислый газ образуется не только при сжигании человеком газа, угля и нефти; он также может попасть в атмосферу в результате естественных экологических процессов. Особую угрозу представляет положительная обратная связь между потеплением и выделением все большего количества углекислого газа из природных источников. Чтобы лучше оценить, возможны ли такие события и каким образом, исследователи климата изучают записи из прошлого, чтобы найти доказательства этих событий.
Исследователи из Центра полярных и морских исследований им. Гельмгольца (AWI) Института Альфреда Вегенера вместе с коллегами из Копенгагена и Цюриха нашли доказательства этого явления в арктических регионах вечной мерзлоты. Как сообщают авторы в журнале Nature Communications, в ходе своих исследований вдоль побережья Охотского моря на востоке России им удалось показать, что несколько тысяч лет назад из вечной мерзлоты Арктики выделялось большое количество углекислого газа - из-за быстрого подъем уровня моря. Вечная мерзлота - это почва, которая остается замороженной круглый год на глубине до нескольких сотен метров, некоторые со времени последнего ледникового периода 20 000 лет назад или даже дольше. Подобно гигантскому морозильнику, вечномерзлые почвы сохраняют огромное количество мертвой биомассы, в основном растительных остатков. Когда вечная мерзлота оттаивает, бактерии начинают разлагать древнюю биомассу, и в результате их метаболизма выделяются парниковые газы, углекислый газ и метан.
Теперь мы знаем, что около 11 500, 14 600 и 16 500 лет назад произошли значительные и внезапные повышения уровня углекислого газа в атмосфере, но причины этих трех быстрых колебаний остаются плохо изученными. Для выяснения причин группа исследователей во главе с геологами AWI доктором Марией Винтерфельд и профессором доктором Гезине Молленхауэр отправилась в Охотское море. «Первоначально мы предполагали, что в то время обширная река Амур несла из глубинки огромное количество растительного материала, который микроорганизмы, находящиеся в воде, затем разлагали до углекислого газа. Поэтому мы собрали образцы отложений с морского дна, которые затем проанализировали». Результаты были неожиданными: глубоко в отложениях исследователи обнаружили следы растительных остатков, отложившихся на морском дне. Они были на несколько тысяч лет старше, чем окружающих отложений, из чего следовало, что они должны были образоваться в чрезвычайно древней вечной мерзлоте, внезапно оттаявшей по каким-то причинам, особенно большое количество этих растительных остатков было смыто в море 11 500, 14 600 и 16 500 лет назад. Но расход Амура в те времена был ненамного выше.
Гезин Молленхауэр и ее команда нашли решение этой загадки, изучив изменения уровня моря со времени последнего ледникового периода. Около 11 500 и 14 600 лет назад особенно интенсивное таяние ледяных щитов приводило к так называемым пульсациям талой воды - и каждый раз уровень моря поднимался на 20 метров в течение нескольких столетий. «Мы предполагаем, что это привело к сильной эрозии вечномерзлого побережья Охотского моря и северной части Тихого океана - явление, которое мы можем наблюдать сегодня в Арктике.«Это позволило большому количеству растительных остатков возрастом несколько тысяч лет попасть в океан, некоторые из которых были расщеплены бактериями до углекислого газа или отложились на дне океана.
Чтобы определить, действительно ли такая эрозия вечной мерзлоты могла быть ключевым фактором увеличения глобальной концентрации углекислого газа, коллега из AWI доктор Питер Кёлер использовал компьютерную модель для моделирования глобального углеродного цикла. Оценив площадь вечной мерзлоты, утерянной в то время морем, он получил данные о вероятном количестве выброшенного углекислого газа. Результаты открывают глаза: 11 500 и 14 600 лет назад эрозия арктической вечной мерзлоты, вероятно, способствовала увеличению выбросов углекислого газа примерно на 50 процентов, а 16 500 лет назад - примерно на четверть.
Таким образом, команда AWI открыла процесс, который может стать реальностью в будущем. Сегодня арктическое побережье вечной мерзлоты подвергается сильной эрозии из-за быстрого потепления в регионе - в некоторых местах побережье отступает со скоростью 20 метров в год. Как объясняет Гезин Молленхауэр: «Наши результаты показывают, что эрозия побережья является важным процессом, но на сегодняшний день он недостаточно учитывается в климатических моделях. Такие эффекты необходимо включить в будущие модели».