Каждый год пассаты над пустыней Сахара поднимают огромные шлейфы минеральной пыли, перенося сотни тераграммов - достаточно, чтобы заполнить 10 миллионов самосвалов - через Северную Африку и над Атлантическим океаном. Эта пыль может быть разнесена на тысячи километров и осесть в таких далеких местах, как Флорида и Багамы.
Сахара является крупнейшим источником переносимой ветром пыли в атмосферу Земли. Но исследователи из Массачусетского технологического института, Йельского университета и других источников теперь сообщают, что между 5 000 и 11 000 лет назад африканский шлейф был гораздо менее пыльным и содержал только половину того количества пыли, которое переносится сегодня.
В статье, опубликованной сегодня в Science Advances, исследователи реконструировали африканский пылевой шлейф за последние 23 000 лет и наблюдали резкое уменьшение количества пыли, начавшееся около 11 000 лет назад. Они говорят, что этот ослабленный шлейф, возможно, позволил большему количеству солнечного света достичь океана, повысив его температуру на 0,15 градуса по Цельсию - небольшой, но значительный всплеск, который, вероятно, способствовал усилению муссонов над Северной Африкой, где климат в то время был гораздо более умеренным и гостеприимным, чем это сегодня.
«В тропическом океане доли градуса могут вызвать большие различия в характере осадков и ветрах», - говорит соавтор Дэвид МакГи, доцент Керр-МакГи по развитию карьеры на кафедре Земли, атмосферы и планет Массачусетского технологического института. наук. «Похоже, что вариации пыли могут иметь достаточно большие последствия, поэтому важно знать, насколько велики были эти воздействия в прошлом и будущем климате».
Среди соавторов McGee ведущий автор Росс Уильямс, бывший аспирант Массачусетского технологического института; вместе с Кристофером Кинсли, Ирит Тал и Дэвидом Ридли из Массачусетского технологического института; Шинэн Ху и Алексей Федоров из Йельского университета; Ричард Мюррей из Бостонского университета; и Питер де Менокаль из Колумбийского университета.
Мокрая Сахара
Около 11 000 лет назад Земля только что вышла из последнего ледникового периода и начала новую межледниковую эпоху, известную как голоцен. Геологи и археологи нашли доказательства того, что в этот период Сахара была намного зеленее, влажнее и более пригодной для жизни, чем сегодня.
«Повсюду в Сахаре также были обширные поселения людей, которые вели образ жизни, который сегодня был бы невозможен», - говорит МакГи. "Исследователи на археологических раскопках находили рыболовные крючки и копья посреди Сахары, в местах, которые сегодня были бы совершенно необитаемы. Так что воды и осадков над Сахарой явно было гораздо больше."
Это свидетельство влажных условий показывает, что в раннем голоцене в этом регионе регулярно шли муссонные дожди. Это произошло в первую очередь из-за медленного колебания земной оси, из-за которого северное полушарие подвергалось большему воздействию солнечного света летом; это, в свою очередь, согрело сушу и океан и привлекло больше водяного пара и осадков в Северную Африку. Увеличение растительности в Сахаре, возможно, также сыграло свою роль, поглощая солнечный свет и нагревая поверхность, вытягивая больше влаги на землю.
«Загадочная вещь заключается в том, что если вы попытаетесь смоделировать все эти изменения климата раннего и среднего голоцена, модели усилят муссоны, но далеко не так, как предполагают палеоданные», - говорит МакГи. «Одна из вещей, которые не учитываются в этих симуляциях, - это изменения переносимой ветром пыли».
Отслеживание пылевого шлейфа
В своих результатах, опубликованных сегодня, МакГи и его коллеги предполагают, что уменьшение африканской пыли действительно могло способствовать увеличению муссонных дождей в регионе. Исследователи пришли к такому выводу после оценки количества переносимой ветром пыли из Африки за последние 23 000 лет, с конца последнего ледникового периода до сегодняшнего дня..
Они сосредоточились на пыли, переносимой на большие расстояния, поскольку эти частицы достаточно малы и легки, чтобы подниматься и переноситься через атмосферу в течение нескольких дней, прежде чем оседать за тысячи километров от своего источника. Эта мелкозернистая пыль рассеивает поступающее солнечное излучение, охлаждая поверхность океана и потенциально влияя на характер осадков, в зависимости от того, сколько пыли находится в воздухе.
Чтобы оценить, как изменился африканский пылевой шлейф за тысячи лет, команда искала места, где пыль должна быстро скапливаться. Пыль может оседать на дно открытого океана, но там слои отложений накапливаются очень медленно, со скоростью 1 сантиметр за 1000 лет.
Напротив, в таких местах, как Багамы, отложения накапливаются гораздо быстрее, что облегчает ученым определение возраста конкретных слоев отложений. Более того, было показано, что большая часть переносимой ветром пыли, скопившейся на Багамах, происходит не из местных регионов, таких как США, а из Сахары..
Климатическая роль Даста
МакГи и его коллеги получили образцы керна отложений на Багамах, которые были собраны в 1980-х годах учеными из Океанографического института Вудс-Хоул. Они вернули образцы в лабораторию и проанализировали их химический состав, включая изотопы тория - элемента, который существует в переносимой ветром пыли по всему миру в известных концентрациях.
Они определили, сколько пыли было в каждом слое отложений, измерив первичный изотоп тория, и определили, как быстро она накапливалась, измерив количество редкого изотопа тория в каждом слое.
Таким образом, команда проанализировала слои отложений за последние 23 000 лет и показала, что около 16 000 лет назад, ближе к концу последнего ледникового периода, пылевой шлейф был на пике своего подъема. как минимум в два раза больше пыли над Атлантикой по сравнению с сегодняшним днем. Однако между 5 000 и 11 000 лет назад этот шлейф значительно ослаб, и его количество составляет лишь половину сегодняшней переносимой ветром пыли.
Коллеги из Йельского университета затем подключили свои оценки к климатической модели, чтобы увидеть, как такие изменения в африканском пылевом шлейфе повлияют как на температуру океана в Северной Атлантике, так и на общий климат в Северной Африке. Моделирование показало, что снижение переносимой ветром пыли на большие расстояния повысит температуру поверхности моря на 0,15 градуса Цельсия, привлекая больше водяного пара над Сахарой, что могло вызвать более интенсивные муссонные дожди в регионе.
«Моделирование показало, что если бы пыль оказывала даже относительно небольшое влияние на температуру поверхности моря, это могло бы оказать заметное влияние на осадки и ветры как в Северной Атлантике, так и над Северной Африкой», - говорит МакГи. Отмечая, что следующим ключевым шагом является уменьшение неопределенностей при моделировании воздействия пыли на климат, он добавляет: «Мы не утверждаем, что распространение муссонных дождей на Сахару было вызвано исключительно воздействием пыли. Мы говорим, что нам необходимо выяснить, насколько велики эти воздействия пыли, чтобы понять климат как в прошлом, так и в будущем».