Анализируя следы воска с листьев наземных растений, которые на протяжении тысячелетий накапливались в глубоководных отложениях, группа исследователей под руководством Университета Аризоны реконструировала историю активности муссонов в северной Мексике. Их результаты, опубликованные 3 сентября в журнале Nature Geoscience, помогают урегулировать давний спор о том, прекратилась ли активность муссонов полностью под влиянием похолодания, вызванного ледяными щитами, покрывавшими большую часть Северной Америки, или это было просто подавлен.
Во время последнего ледникового максимума, около 20 000 лет назад, когда мамонты и другие доисторические звери бродили по территории современной северной Мексики и юго-запада Соединенных Штатов, летние дожди давали 35 процентов годового количества осадков по сравнению с примерно 70 процентов сегодня, согласно новому исследованию.
Отводя влагу из тропиков, летний муссон приносит облегчение от многомесячной сильной летней жары и засухи на засушливых землях юго-запада Америки и северо-запада Мексики. Если бы регион зависел только от зимних дождей, пустыня Сонора не была бы известна как одна из самых биоразнообразных пустынь в мире.
«Муссоны - знаковая особенность юго-западной пустыни, но мы очень мало знаем о том, как они изменились за тысячи и миллионы лет», - говорит Трипти Бхаттачарья, первый автор исследования. «Наш вывод о том, что юго-западный муссон был подавлен, но не полностью исчез в ледниковых условиях, указывает на резкую изменчивость атмосферной циркуляции в то время, но предполагает, что он был постоянной особенностью нашего регионального климата».
Предыдущие исследования дали неубедительные результаты, отчасти потому, что записи, используемые для вывода доказательств прошлых муссонных дождей, имеют тенденцию быть больше похожими на моментальные снимки во времени, чем на предоставление более непрерывных климатических данных. Например, исследователи получили ценные сведения о давно исчезнувших растительных сообществах на основе частей растений, сохранившихся в гнездах вьючных крыс, называемых отбросами, или путем анализа химических сигнатур, которые они оставили в почве. Эти исследования показали постоянную активность муссонов во время последнего ледникового периода, в то время как другие исследования, основанные на моделировании климата, показали, что она временно отсутствовала.
Применив хитроумный метод, никогда ранее не использовавшийся для изучения истории муссонов, Бхаттачарья и ее соавторы обнаружили эквивалент забытой, нераскрытой книги прошлых климатических данных, в отличие от ранее изученных климатических архивов, которые в сравнении больше похожи на отдельные разрозненные страницы.
Формируя обширный естественный свод почти на 1000 метров ниже поверхности моря, морское дно бедных кислородом зон Калифорнийского залива содержит органический материал, выброшенный в воду в течение многих тысяч лет, в том числе остатки наземных растений растет в регионе. Поскольку отложения остаются в значительной степени нетронутыми падальщиками или микробной активностью, Тирни и ее команда смогли выделить соединения воска листьев из ила морского дна.
Соавтор Джессика Тирни, адъюнкт-профессор Департамента наук о Земле UA и бывший постдокторский советник Бхаттачарьи, стала пионером в анализе воскового покрытия листьев растений для реконструкции осадков или засушливых периодов в прошлом на основе их химического состава. отпечаток пальца, в частности, различные соотношения атомов водорода. Вода во время муссонных дождей, согласно Тирни, содержит большую долю изотопа водорода, известного как дейтерий, или «тяжелая вода», что связано с ее происхождением в тропиках. С другой стороны, зимние дожди имеют другую характеристику, потому что они содержат воду с меньшим содержанием дейтерия по сравнению с «обычным» водородом.
Растения поглощают любую воду, которую они получают, и поскольку в два сезона соотношение изотопов водорода различно, мы можем связать соотношение изотопов в сохранившемся воске листьев с количеством муссонных дождей в районе Калифорнийского залива, - объясняет Тирни.
Сопоставление прошлых моделей муссонов на юго-западе может помочь ученым лучше предсказывать будущие сценарии под влиянием климата, который стремится к более теплому миру, а не к новому ледниковому периоду, говорят исследователи.
«Прошлое не является идеальным аналогом, но оно действует как естественный эксперимент, который помогает нам проверить, насколько хорошо мы понимаем изменчивость регионального климата», - говорит Бхаттачарья, который недавно принял должность доцента наук о Земле. в Сиракузском университете. «Если мы поймем, как региональный климат реагировал в прошлом, это даст нам гораздо больше шансов предсказать, как он будет реагировать на изменение климата в будущем».
Ученые могут использовать в своих интересах прошлые климатические записи, применяя к ним климатические модели, используя записи для «наземной проверки» моделей.
«Проблема в том, что прямо сейчас наши лучшие климатические модели не согласны с тем, как изменится сезон дождей в ответ на глобальное потепление», - говорит Тирни.«Некоторые предполагают, что летние осадки станут сильнее, другие говорят, что они станут слабее. Благодаря лучшему пониманию механики этого явления наши результаты могут помочь нам понять, почему модели расходятся, и предоставить ограничения, которые можно применить в будущем».
Чтобы проверить гипотезу о том, что более холодные времена обычно ослабляют муссоны, а более теплые периоды усиливают их, группа Тирни планирует исследовать, как муссоны реагировали на более теплые периоды в прошлом. Будущие исследования будут сосредоточены на последнем межледниковом периоде около 120 000 лет назад и периоде, отмеченном уровнями парниковых газов, подобными уровням в сегодняшней атмосфере: эпохе плиоцена, которая длилась 5,3-2,5 миллиона лет назад.
Наличие более точных данных о юго-западном муссоне также помогает ученым лучше понять, в чем его отличие от муссонов в других частях мира, которые лучше изучены.
«Теперь мы знаем, что наш муссон гораздо более чувствителен к крупномасштабной конфигурации атмосферы, тогда как другие муссонные системы более тесно связаны с местными условиями океана», - говорит Бхаттачарья.