Снижение уровня углекислого газа в атмосфере (CO2) привело к фундаментальному сдвигу в поведении климатической системы Земли около миллиона лет назад, согласно новому исследованию, проведенному Университетом Саутгемптона.
Группа международных ученых использовала новые геохимические измерения в сочетании с моделью «Земной системы», чтобы показать, что рост и изменение характера континентальных ледяных щитов примерно миллион лет назад совпал с каскадом события, которые в конечном итоге понизили атмосферный CO2 во время ледниковых периодов - периодов, когда Земля переживала экстремальные холода.
Исследователи показали, что это изменение сыграло ключевую роль в запуске так называемого среднеплейстоценового перехода (MPT), который длился около 400 000 лет. MPT оказало долгосрочное влияние на частоту, с которой Земля переходила между периодами теплого и холодного климата («циклы ледникового периода»).
Выводы исследования опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.
На протяжении большей части последних трех миллионов лет климат Земли естественным образом менялся каждые 40 000 лет от холодных ледниковых периодов, когда континентальный лед покрывал большую часть Северной Америки и Европы, к теплому межледниковому климату, как в доиндустриальный период, когда Европа и Северная Америка были в значительной степени свободны ото льда.
Эти циклы ледникового периода, также известные как циклы Мильковича в честь сербского математика, открывшего их, обусловлены регулярными изменениями в том, как Земля вращается вокруг Солнца и вокруг своей оси, вызванными гравитационным притяжением других планет нашей Солнечной системы. Около миллиона лет назад, во время MPT, период циклов резко изменился на каждые 100 000 лет. Однако этот переход не сопровождается изменением характера орбитальных циклов и, таким образом, представляет серьезную проблему для теории Милковича в объяснении циклов ледникового периода.
Доктор Том Чок, научный сотрудник Университета Саутгемптона, который совместно руководил исследованием, объясняет: «Мы знаем из пузырьков древней атмосферы, попавших в антарктические ледяные керны, что изменения в атмосферном CO 2 сопровождал более поздние циклы ледникового периода. в качестве ключевого усилителя относительно незначительного климатического воздействия орбитальных циклов. К сожалению, записи ледяных кернов восходят к периоду около 800 000 лет назад и поэтому не охватывают этот ключевой переходный интервал. Чтобы лучше понять причину MPT, нам нужен был способ реконструировать CO2 еще дальше во времени."
Для этого команда использовала метод, основанный на изотопном составе бора раковин древних морских окаменелостей, называемых «фораминиферами». Это крошечный морской планктон, который живет у поверхности моря, и химический состав их микроскопических раковин отражает условия окружающей среды того времени, когда они жили, миллионы лет назад.
Профессор Гэвин Фостер из Университета Саутгемптона продолжает: «Из этих измерений изотопов бора мы смогли восстановить снимок изменчивости атмосферного CO2 около 1,1 миллиона лет назад. Мы впервые смогли показать, что, как и в записи ледяных кернов, CO2 и климат менялись в тандеме. Однако было два основных отличия: во-первых, во время оледенения до MPT CO2 не падал так низко, как это было в записи ледяных кернов после MPT, оставаясь примерно на 20-40 частей на миллион (ppm) выше., климатическая система также была более чувствительна к изменению CO2 после МПП, чем до.
Климатическая система Земли очень сложна, и различные взаимосвязи между ее многочисленными процессами и обратными связями лучше всего понять в рамках компьютерного моделирования. Д-р Матис Хейн, независимый научный сотрудник NERC в Университете Саутгемптона, добавил: «Чтобы определить, почему CO2 ледникового периода снизился на 20-40 частей на миллион по MPT, мы использовали биогеохимическая модель. Наша лучшая модель, соответствующая имеющимся данным, предполагает, что уменьшение выноса CO2 во время ледниковых периодов, предшествовавших MPT, было связано с уменьшением притока пыли в Южный океан в этот период. Более высокий поток пыли во время недавних ледниковых периодов принес столь необходимое железо в этот регион, стимулируя первичную продуктивность и рост фитопланктона, удерживая больше CO2 в глубинах океана. Мы не знаем но именно поэтому климат стал более пыльным после MPT, но, вероятно, это связано с увеличением ледяных щитов и изменением атмосферной циркуляции.
За последние 20 лет или около того было много разных идей, объясняющих этот важный климатический переход, одни ссылались на изменения в природе самих ледяных щитов, другие на атмосферный CO2 изменить. Новые данные и моделирование команды показывают, что на самом деле произошло сочетание обоих типов идей: климат и ледяные щиты стали более чувствительными, это привело к увеличению ледяных щитов, а это, в свою очередь, привело к увеличению выбросов CO. 2 просадка. Как и во многих аспектах земной системы, эти изменения действовали по замкнутому кругу, подпитывая друг друга, в конечном итоге поддерживая более длительные ледниковые периоды после MPT.
Еще многое предстоит выяснить о том, как земная система реагирует на воздействие климата. Это исследование, однако, иллюстрирует тесную взаимосвязь, существующую в земной системе между изменением климата, массой ледяного щита и механизмами полярного океана, которые регулируют естественные изменения CO2.