Земля меняла лицо миллионы лет подряд: ледниковый период оказался не таким, как нас учили

Резкие изменения климата в древности не раз меняли облик планеты. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, показало: уровень мирового океана колебался не только в конце последнего ледникового периода, как считалось раньше, а на протяжении всего плейстоцена. Эти данные заставили учёных пересмотреть прежние представления о климатической истории Земли.

Ледники и океан: связь, изменившая парадигму

По данным Питера Кларка, палеоклиматолога из Университета штата Орегон, крупные колебания уровня моря происходили миллионы лет подряд, когда ледники многократно росли и таяли. Учёный назвал это открытие "сдвигом парадигмы" в понимании того, как развивался плейстоцен — эпоха, продолжавшаяся от 2,6 млн до 11 700 лет назад.

Ранее считалось, что главные изменения в динамике ледников произошли около 1,25-0,7 миллиона лет назад, во время так называемого перехода к среднему плейстоцену. Тогда, по старой модели, периоды оледенения удлинились с 41 до 100 тысяч лет. Однако новая реконструкция показала, что крупные ледяные щиты существовали и раньше.

"Это сдвиг парадигмы в нашем понимании истории ледникового периода", — заявил почётный профессор факультета наук о Земле, океане и атмосфере Университета штата Огайо Питер Кларк.

Как учёные "прочли" прошлое по раковинам

Доказательства ученые нашли в останках микроскопических морских организмов — фораминифер, чьи раковины сохранились в осадочных слоях океанического дна. Их химический состав отражает температуру и солёность воды, а значит, даёт представление о том, сколько льда существовало на планете в разные эпохи.

Когда исследователи бурят глубоководные отложения, они словно пролистывают климатическую летопись Земли. По этим данным можно восстановить не только температуру, но и динамику роста ледяных щитов. Сравнение современных бурений с данными сорокалетней давности выявило: представления о равномерном росте ледников оказались слишком упрощёнными.

Почему фораминиферы важны? Потому что их слои откладываются равномерно, год за годом, и служат надёжной временной шкалой для реконструкции древних океанов. Так геологи определяют, как быстро реагировали ледники на малейшие изменения температуры.

Новая картина ледникового цикла

Исследователи обнаружили, что циклы оледенения длиной 41 тысячу лет, характерные для раннего плейстоцена, могли быть не менее масштабными, чем позднейшие, "вековые" циклы. Это противоречит старой гипотезе, где предполагалось, что лишь после перехода к среднему плейстоцену ледяные щиты стали крупнее.

Ранее существовали две основные версии объяснения:

• глобальное похолодание вследствие снижения концентрации углекислого газа;
• изменение характера движения ледниковых масс и их внутренней динамики.

Новая реконструкция уровня моря за последние 4,5 миллиона лет показала, что амплитуда колебаний была велика и до перехода, а значит, решающим фактором могли быть внутренние обратные связи в климатической системе, а не внешние изменения орбиты или солнечной активности.

Что такое внутренние обратные связи

Климатическая система Земли устроена сложнее, чем казалось. Взаимодействие между океаном, атмосферой и ледяными покровами может усиливать или, наоборот, сглаживать климатические колебания.

Что значит "обратная связь"? Это когда изменение одной части системы (например, рост ледников) вызывает ответное воздействие на другие её элементы (падение температуры и снижение испарения), которое в свою очередь влияет на исходное изменение. Так формируется замкнутый цикл.

Учёные считают, что именно такие механизмы — а не лишь внешние орбитальные факторы — могли объяснить стабильное существование крупных ледяных щитов на протяжении миллионов лет.

Ошибки старых моделей

Ранее считалось, что постепенное похолодание и рост ледников происходили "по сценарию", заданному орбитальными циклами Миланковича. Но новые данные показали, что внутренние климатические процессы играли гораздо большую роль, чем внешние ритмы.

Типичная ошибка старых реконструкций состояла в том, что они недооценивали влияние океанической циркуляции. Это приводило к неверной оценке скорости таяния льда и, как следствие, к искажённой кривой уровня моря. Последствием такой ошибки стало ложное представление о том, что середина плейстоцена была уникальной эпохой резких изменений. Альтернативная картина, выстроенная Кларком и его коллегами, показывает — крупные циклы начались гораздо раньше.

Как учёные восстанавливают древний климат

Исследование опиралось на результаты многолетнего проекта, начатого в 2017 году. Команда Кларка сравнила данные по температуре атмосферы и океана за 4,5 миллиона лет, используя методы изотопного анализа и компьютерного моделирования.

Чтобы реконструировать уровень моря, учёные выполнили серию шагов:

1. Изучили состав кислородных изотопов в раковинах фораминифер.
2. Сопоставили их с современными данными о температуре воды и массе ледников.
3. Создали глобальную модель, описывающую взаимосвязь льда, океана и атмосферы.
4. Проверили результаты на данных бурений из разных океанов.

Этот поэтапный подход позволил снизить погрешности и выявить закономерности, которые оставались незамеченными в прежних моделях.

А что если такие процессы повторяются сегодня?

Современные климатические изменения по масштабам несопоставимы с плейстоценовыми циклами, но механизмы схожи. Рост температуры приводит к таянию льдов, что, в свою очередь, влияет на уровень моря и атмосферную циркуляцию.

Можно ли сравнивать прошлые и нынешние темпы изменений? Да, но с оговоркой: сегодня климат меняется в десятки раз быстрее, чем во времена древних ледников. Тем не менее, понимание процессов плейстоцена помогает прогнозировать, как поведут себя современные ледяные щиты Гренландии и Антарктиды.

"Наша способность понимать прошлое даёт нам более глубокое понимание взаимодействия ледяных щитов и климата и даёт представление о том, что может произойти в будущем", — отметил Питер Кларк.

Что нам даёт этот взгляд в прошлое

Исследование показывает, что система Земли способна к самоорганизации: крупные изменения могли происходить без внешнего "толчка". Это заставляет учёных переосмысливать не только древнюю историю планеты, но и уязвимость нынешнего климата.

Распространено мнение, будто ледниковые периоды наступали строго по орбитальным циклам. На деле всё оказалось сложнее: внутренние механизмы атмосферы и океана могли сами инициировать ледниковые сдвиги. Понимание этой автономности природы — ключ к предсказанию будущих изменений.

Что произойдёт, если современные ледяные щиты повторят поведение древних? Тогда уровень океана может подняться на метры, изменив очертания континентов. Вопрос лишь в том, насколько быстро это случится.