В немногих местах последствия изменения климата более выражены, чем на тропических вершинах, таких как гора Килиманджаро и гора Кения, где многовековые ледники почти полностью растаяли. Теперь новое исследование предполагает, что будущее потепление на этих пиках может быть даже больше, чем предсказывают климатические модели в настоящее время..
Исследователи во главе с геологом из Университета Брауна реконструировали температуру за последние 25 000 лет на горе Кения, второй по высоте вершине Африки после Килиманджаро. Работа показывает, что, когда мир начал быстро нагреваться после последнего ледникового периода около 18 000 лет назад, среднегодовые температуры высоко в горах повышались гораздо быстрее, чем в прилегающих районах ближе к уровню моря. Исследование показало, что на высоте 10 000 футов средняя годовая температура повысилась на 5,5 градусов Цельсия с ледникового периода до доиндустриального периода, по сравнению с потеплением на уровне моря всего на 2 градуса за тот же период.
«Когда мы запускаем современные климатические модели назад во времени к этому периоду, они недооценивают изменения температуры на больших высотах», - сказал Джеймс Рассел, доцент кафедры Земли, окружающей среды и Планетарные науки и научный сотрудник Брауновского института окружающей среды и общества. «Это означает, что модели могут аналогичным образом недооценивать высотное потепление в будущем».
Исследование, которое Рассел провел вместе со своей бывшей аспиранткой Шеннон Лумис, опубликовано в журнале Science Advances.
Разница температур
Ученые задаются вопросом о том, как глобальное потепление влияет на возвышенности в тропиках, уже около 30 лет. В 1985 году авторитетное исследование геолога Брауна Уоррена Прелла показало, что с последнего ледникового периода до доиндустриального периода температура поверхности моря в тропиках повысилась всего на один или два градуса. Между тем температурные записи, полученные с высокогорных тропических ледников, предполагают гораздо более резкое потепление на больших высотах.
«Сообщество, занимающееся моделированием климата, подумало, что что-то не так с одним из этих температурных рекордов, - сказал Рассел, - потому что модели просто не могут воспроизвести такую большую разницу в потеплении между большими и низкими высотами».
Последующая работа в значительной степени подтвердила оценки температуры поверхности моря, но остались вопросы относительно данных о большой высоте. Это новое исследование было направлено на создание новых, более надежных рекордов высот.
За последнее десятилетие соавтор Рассела Яап Дамсте из Утрехтского университета и его коллеги разработали новый метод отслеживания температуры во времени, изучая останки древних микробов. В частности, они изучают органические соединения, называемые GDGT, которые вырабатываются в стенках микробных клеток. Химический состав ГДГТ чувствителен к температуре. Чтобы поддерживать GDGT и клеточные стенки в стабильном и проницаемом состоянии, микробы изменяют химический состав GDGT в ответ на изменения температуры. Рассел и его команда смогли точно откалибровать состав GDGT, обнаруженный в озерных отложениях, с изменением температуры воздуха во времени.
«Мы подумали, что могли бы использовать этот новый прокси температуры для создания записи о температуре на больших высотах со времен последнего ледникового периода, которая либо подтверждает, либо опровергает данные, полученные ледником», - сказал Рассел.
Для исследования Рассел и его коллеги изучили керны отложений, взятые со дна озера Рутунду, вулканического озера на горе Кения на высоте около 10 000 футов. Ядра сохраняют следы химии GDGT, датируемые более чем 25 000 лет до ледникового периода. Данные свидетельствуют о том, что среднегодовая температура на озере Рутунду увеличилась примерно на 5.5 градусов по Цельсию со времени последнего ледникового периода - цифра, согласующаяся с предыдущими приблизительными значениями температуры на большой высоте. Между тем данные о температуре двух озер, расположенных ближе к уровню моря - озера Танганьика и озера Малави - предполагают гораздо более скромные изменения температуры, примерно 3,3 градуса и 2 градуса соответственно..
Климатические модели способны воспроизводить изменения температуры на низких высотах, но они недооценивают изменения на больших высотах на 40 процентов, говорит Рассел. Это говорит о том, что что-то не так в том, как модели имитируют изменения градиента атмосферы - скорости, с которой температура воздуха меняется с высотой.
«Все климатические модели рассчитывают градиент - это неотъемлемая часть выходных данных модели», - сказал Рассел. «Эта работа показывает, что есть проблема в том, как модели делают этот расчет».
Последствия для будущего изменения климата
Трудно точно определить, в чем заключается эта проблема, говорит Рассел, но, вероятно, она как-то связана с тем, как модели обрабатывают содержание водяного пара в атмосфере. Содержание водяного пара является сильнейшим фактором, влияющим на скорость градиента (влажный воздух охлаждается медленнее с высотой).
«Мы утверждаем, что, вероятно, есть проблема с концентрацией водяного пара и, следовательно, с обратной связью», - сказал Рассел.
Каким бы ни был источник проблемы, последствия для тропических гор могут быть значительными. Модели упускают из виду почти половину изменений температуры на больших высотах в прошлом, а также могут недооценивать будущие изменения.
«Это очень хрупкие экосистемы, в которых обитает необычайное биоразнообразие и уникальная среда, такая как тропические ледники», - сказал Рассел. «Наши результаты показывают, что будущее потепление в этих условиях может быть более экстремальным, чем мы предсказываем».