Лёд, СО2 и время

Рис. 1. Современная версия «клюшки Манна» — реконструированная/измеренная глобальная температура за 2000 лет. Разные цветные кривые — разные методы реконструкции температуры. Черная кривая — инструментальные измерения. Пунктирные кривые — 95% доверительный интервал. Все кривые сглажены. За ноль взято среднее значение температуры в интервале 1961–1990 годы. Из статьи Nature Geoscience volume 12, pages 643–649 (2019) (nature.com/ngeo)
Рис. 1. Современная версия «клюшки Манна» — реконструированная/измеренная глобальная температура за 2000 лет. Разные цветные кривые — разные методы реконструкции температуры. Черная кривая — инструментальные измерения. Пунктирные кривые — 95% доверительный интервал. Все кривые сглажены. За ноль взято среднее значение температуры в интервале 1961–1990 годы. Из статьи Nature Geoscience volume 12, pages 643–649 (2019) (nature.com/ngeo)
Короткое введение
Ирина Делюсина
Ирина Делюсина

Я могу рассматривать сегодняшние изменения климата только с точки зрения того, что я знаю о климатах прошлого; я реконструирую природные обстановки последней геологической системы четвертичного периода, чей возраст чуть меньше трех миллионов лет. Такие знания оказались необычайно полезными в последнее время. Неожиданно выяснилось, что не только «Настоящее — ключ к пониманию прошлого» [1], но и прошлое — ключ к пониманию настоящего и даже будущего.

Так что условимся, что мои коллеги, хорошо разбирающиеся в атмосферной физике, будут говорить о механизмах современного климата, а я — о многовековых тенденциях. В сущности, они неразрывны.

Определение климата и его эволюции

Самое упрощенное, но правильное определение климата, это «погода за продолжительный период, примерно 30 лет и больше». Теперь осталось только выяснить, что такое погода и почему она не климат. Согласно определению NOAA, погода — это состояние атмосферы в зависимости от температуры, влажности, облачности, давления, ветра и других метеорологических показателей. Погода определяется этими условиям в конкретный момент, а климат определяется средним погодным условиям в течение длительного периода.

Давайте добавим сюда научное определение, данное еще в 1982 году А. Мониным [2]:

«Климатом называется статистический ансамбль состояний, проходимых системой Атмосферы–Океана–Суши за периоды в несколько десятилетий.

Под статистическим ансамблем здесь понимается множество $\mathscr{A}$ элементов а с заданной на нем вероятностной мерой Р (А), указывающей для каждого измеримого подмножества A ⊂ $\mathscr{A}$ — его вероятность Р {а ∈ A}.

Поскольку состояния системы АОС суть многокомпонентные поля, математически климат определяется как многокомпонентное случайное поле».

Запомним главное: мы имеем дело с огромным количеством переменных подмножеств системы климата, и они могут изменяться случайным образом. При таком условии, с первого взгляда, проблема реконструкции или, тем более, предсказания климата выглядит устрашающе невозможной. Но это не так. Cлучайные процессы, которые могут испортить прогноз на послезавтра, на длинной вековой временной шкале нивелируются и усредняются, и из хаотического движения мы получаем закономерные тенденции. Для понимания этих закономерностей нужно разобраться в теории хаоса, что нельзя сделать в этих заметках. Но мы знаем, что существуют климаты современной Земли, скажем морской, континентальный, тропический и т. д. [3], они определяются усреднениями значениями температуры и влажности для определенных территорий, и это не вызывает у нас удивления. Значит, нужно условиться, что, зная исходные условия системы АОС, мы можем попытаться восстановить и прошлый и будущий климат. Тут и зарыта собака. Мы должны знать исходные условия, чтобы понять, куда дальше двинется наша климатическая система.

Погода хаотична, а климат в целом нет [4].

Ученые за несколько последних веков сделали столько наблюдений, собрали столько данных, обсудили столько теорий, научились определять абсолютный возраст древних геологических пород, распознавать химический состав отложений и понимать на этом основании, в каких природных условиях они накапливались, что палеоклиматология стала точнее, чем привычная нам история, которую мы пока еще не умеем измерять приборами и судить о ней по изотопам химических элементов и моделировать в будущее. О предсказаниях мы поговорим в следующий раз, а вот какие знания нам дала палеоклиматология.

1. Циклы Миланковича

Климат Земли претерпевает значительные изменения за 100 000–1 000 000 лет. Эти изменения происходят потому, что климат чувствителен к планетарным орбитальным изменениям. Земля вращается с наклонном оси, совершая так называемую прецессию, где вершина «волчка» перемещается по окружности с периодом примерно каждые 23 000 лет. Наклон оси Земли колеблется в пределах от 22.1 до 24.5° с периодом в ~40 000. Прецессия и наклон оси Земли происходят в результате гравитационного притяжения Луны и планет Солнечной системы, главным образом Юпитера. Земная орбита вокруг Солнца, слегка эллиптически вытянутая, циклически изменяет свой эксцентриситет в промежутках времени в ~100 000 лет.

Изменения наклона земной оси и ее прецессии отражаются на изменении поступающей солнечной радиации, особенно в высоких широтах, в то время как изменение эксцентриситета влияет на изменение получаемого солнечного тепла на всех широтах.

В настоящее время признано, что изменения в сезонном и широтном распределении солнечного тепла, достигающего Земли, генерируемые этими орбитальными циклами, циклами Миланковича, приводят к возникновению, росту или ­уменьшению ледяных шапок Земли. Важно рассматривать все три цикла совокупно. Ни один из этих циклов по отдельности не дал бы никаких изменений в земном климате.

Теория Миланковича прошла свой сложный путь адаптации научным сообществом, несколько десятилетий ее обсуждали и подвергали сомнениям, так же как сейчас теорию глобального потепления. Но после того, как были получены обширные свидетельства этих изменений, основанные на измерениях изотопного состава кислорода за последние 130 000 лет из ледяных кернов Гренландии и за 800 000 лет в Антарктиде, а позже из глубоководных донных колонок океана, лёссов, сталактитов и сталагмитов в пещерах, в глубоководных озерных отложениях, в кораллах и т. д., сомнений больше не осталось.

Циклы Миланковича

 

Период, тыс. лет

Причина

Пределы

Прецессия земной оси

25.8

Луна, Солнце

 

Нутация (изменение наклона земной оси)

41

Луна, Солнце

21.2 24.5

Изменение ­эксцентриситета

95 120 400

Юпитер, Сатурн

5 10-5 0.068

Механизм действия циклов: максимально теплое лето в северном полушарии (перигелий при максимальной эллиптичности орбиты и большом наклоне оси) влечет глобальное потепление, и наоборот.

 

В последний миллион лет оледенения и межледниковья на Земле обусловлены орбитальными причинами и происходят с периодичностью в ~ 100 тыс. лет.

Следует отметить два существенных обстоятельства:

1) этот цикл нестабилен, он может колебаться, удлиняясь или укорачиваясь на несколько тысяч или даже десяток тысяч лет. Связано это со взаимным гравитационным притяжением планет Солнечной системы в разных точках прохождения их орбит и нуждается в постоянных корректировках текущей ситуации. Но цикл сам по себе остается; 2) начиная с миллиона лет назад периодичность оледенений на Земле близка к ~100 тыс. лет, совпадая с периодом изменения эксцентриситета. До этого, по крайней мере последние три миллиона лет, оледенения шли с периодичностью в ~40 тыс. лет, совпадая с периодичностью изменения наклона земной оси. Объяснение этого скачка уже забрезжило в многочисленных исследованиях, но оно еще не готово для популярного обсуждения. В нашем случае примем его как данность. На сегодняшний день ледниковые периоды сменяются межледниковыми, т. е. климат Земли меняется радикально раз в 100 тыс. лет по той причине, что Земля в результате совокупного положения всех трех орбитальных изменений получает большее количество солнечной радиации на свою поверхность.

Мы живем не так долго. Что-то должно объяснить и наши мелкие проблемы с климатом.

2. События Дансгаарда — Эшгера и новое понимание роли CO2

В то время как форсирующие оледенения орбитальные циклы имеют синусоидальные колебания, циклы ледниковых и межледниковых периодов не являются простыми синусоидами. Ледниковые периоды, наоборот, резко заканчиваются, а начинаются постепенно, что указывает на сложные обратные связи между этими процессами.

После того как впервые были получены и исследованы ледяные керны из Гренландских колонок с очень высоким временным разрешением, стало очевидно, что в климате происходят резкие кратковременные изменения в течение 100–10 000 лет. Таким образом, на фоне орбитальных изменений климата существуют и кратковременные, которые для жизни человека гораздо важнее.

А теперь внимание!

В 1972 году датский ученый Дансгаард впервые исследовал содержание кислорода в накопленных слоях ледяных кернов и продемонстрировал, что соотношение тяжелых изотопов 18О и легких 16О во льду систематически варьирует в соответствии с изменением температуры, и это соотношение 18O/16O уменьшается на 0.7 (ppm) на каждый 1 °C похолодания [5].

Это соотношение упрощенно называется «дельта 18О» и определяется по формуле

δ 18O = ((18O/16O) в образце – (18О/16О) стандарт / (18О/16Остандарт)) × 1000 ‰

которая с тех пор стала основным инструментом получения палеотемператур почти во всех типах ископаемых осадков.

Чуть позже, уже вместе с Эшгером [6], они установили, что каждый внезапный рост 18O соответствовал 50 ppm повышения концентрации CO2 и наоборот. Так были открыты Дансгаард — Эшгер (Д—Э) эпизоды потепления, сопровождающиеся последующим похолоданием. Они происходят в квазипериодическом режиме с интервалом в ~1.2 тыс. до 800 лет. Всего насчитывается 25 Д—Э эпизодов за 120 тыс. лет (рис. 2).

Рис. 2. Данные Гренландских GRIP и NGRIP ледяных кернов. Дельта O-18; крупным планом между 30 тыс. и 50 тыс. лет. Данные GRIP построены в своем собственном масштабе времени; шкала времени NGRIP смещена линейно, поэтому скачки при 35,5 и 44,5 тыс. лет совпадают между колонками. Смещение в дельт- О18 между колонками является реальным. «Википедия»
Рис. 2. Данные Гренландских GRIP и NGRIP ледяных кернов. Дельта O-18; крупным планом между 30 тыс. и 50 тыс. лет. Данные GRIP построены в своем собственном масштабе времени; шкала времени NGRIP смещена линейно, поэтому скачки при 35.5 и 44.5 тыс. лет совпадают между колонками. Смещение в дельт- О18 между колонками является реальным. «Википедия»

Если вы станете проверять Д—Э-события в «Википедии», вы прочитаете, что причина их до сих пор не ясна. Это не совсем так. Хотя тут еще многое предстоит понять, но одно из объяснений подтверждено наибольшим количеством исследований, и это явление называется «опрокидывающейся термохалинной циркуляцией» (соответствующего русского термина нет), которая ответственна за формирование меридиональной циркуляции Атлантического океана (“The Atlantic meridional overturning circulation” — AMOC — стандартная английская аббревиатура, или Атлантический меридиональный перенос тепла, АMПT по-русски. Мы же будем использовать гибрид этих терминов «Атлантическую меридиональную термохалинную циркуляцию» (AMТЦ).

Первоначальное предположение о том, почему произошли события Дансгаарда — Эшгера, предложено Валли Брокером [7] и оно остается преобладающим мнением до сих пор. Это конвейер, являющийся частью крупномасштабной циркуляции океана, регулируемый глобальным градиентом плотности, создаваемым температурой поверхности океана и приносом пресной воды. Он отвечает за крупномасштабный перенос водных масс в океане, включая перенос кислорода в глубокие слои океана. Весь круговорот занимает ~2000 лет [8].

Этого графика, без которого теперь вы не найдете ни одного учебника по любым наукам о Земле, не существовало всего 30 лет назад! Мы все знали со школьной скамьи о существовании Гольфстрима, но мы не знали, что это всего лишь часть глобального «конвейерного пояса» течений и что симметрично поверхностным течениям, переносимым ветром, существует придонные холодные течения, регулируемые разницей в температуре, солености и плотности океанической воды в разных широтах планеты. Но открытие Брокера было не в том, что существуют придонные течения (это выяснялось постепенно с усовершенствованием методов исследования океана), а в том, что этот конвейер имеет свойство заглушаться при резких потеплениях на поверхности Земли. И возобновляться при похолоданиях. Как?

Рис. 3. Краткое описание пути термохалинной циркуляции. Синие линии представляют глубоководные течения, красные - поверхностные течения. Deep water formation – Формирование «глубокой воды»  На этой карте показана схема термохалинной циркуляции, также известная как «меридиональная опрокидывающая циркуляция». Этот конвейер течений отвечает за крупномасштабный обмен водными массами в океане, включая снабжение кислородом глубокий океан. Вся схема обращения занимает ~ 2000 лет. Автор: Robert Simmon, NASA. https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=3794372
Рис. 3. Краткое описание пути термохалинной циркуляции. Синие линии представляют глубоководные течения, красные — поверхностные течения.
Deep water formation – Формирование «глубокой воды»
На этой карте показана схема термохалинной циркуляции, также известная как «меридиональная опрокидывающая циркуляция». Этот конвейер течений отвечает за крупномасштабный обмен водными массами в океане, включая снабжение кислородом глубокий океан. Вся схема обращения занимает ~ 2000 лет.
Автор: Robert Simmon, NASA.

Процитирую самого автора, В. Брокера с небольшими сокращениями.

«Эта крупномасштабная циркуляция обусловлена спуском в глубокие слой холодной и соленой воды в двух местах на планете: в Северной Атлантике, в окрестностях Исландии, и в Южном океане на периметре антарктического континента.

Эти потоки важны для климата Земли, потому что они перераспределяют тепло. Это перераспределение особенно важно для суши, окружающей Северную Атлантику. Заменяя воду, опускающуюся на дно Северной Атлантики, теплые воды на поверхности океана переносятся на север к Исландии в поверхностном рукаве конвейера. Поскольку этот верхний рукав течения проходит через низкие широты, он нагревается солнцем. Когда он достигает высоких северных широт, накопленное тепло выделяется в атмосферу. В зимние месяцы это тепло ослабляет холодные арктические воздушные массы, которые движутся на восток через Атлантику. Это дополнительное тепло помогает поддерживать мягкие зимы в Северной Европе. Масштаб переноса воды и энергии в этом конвейре огромны. Он равен ста Амазонкам и соответствует количеству осадков по всему земному шару. Движущийся на север рукав несет воду со средней температурой 12 °C в область Исландии. Вода, погружающаяся на глубину, в среднем составляет всего 2 °C. Следовательно, на каждый кубический сантиметр воды, переносимой на север верхней конечностью конвейера, в атмосферу выбрасывается 10 калорий тепла. Это составляет в целом ошеломляющую ­величину, равную примерно одной четверти ­солнечного ­тепла, поcтупающего в атмосферу над частью Атлантического океана, расположенного к северу от Гибралтара!»

И вот по какой-то причине этот конвейер заглушается.

«Что может вызвать перестройку циркуляции? Хотя у нас нет четкого ответа на этот вопрос, есть одна вероятность, которую можно назвать солевым генератором. Как показывают модели, наиболее эффективным средством вмешательства в формирование глубоких вод является увеличение поступления пресной воды в регион, где образуется „глубокая вода“. Такие инъекции разбавляют содержание соли в поверхностных водах, тем самым снижая их плотность. Если это разбавление продолжается до такой точки, что даже в самые холодные зимы вода, достаточно плотная для того, чтобы вытеснить нижние слои воды, больше не производится, может произойти затухание циркуляции. Именно поэтому на севере Тихого океана глубокие воды не образуются. В его поверхностных водах содержится так мало соли, что даже при охлаждении до точки замерзания (–1,8 °C) вода недостаточно плотна, чтобы проникнуть в глубокое море».

Langmuir Charles H., Broeker W. S. How to Build a Habitable Planet (pp. 560–561). Princeton University Press. 2017.

Итак, потепление вызывает приток пресной воды в океан, вероятно, главным образом за счет таянья льдов, что приводит к отсутствию инъекций плотной и соленой воды в придонную холодную, что тормозит конвейер, во всяком случае в его северной части.

30 лет изучения Д—Э-событий показало, что процесс, инициирующий их, на самом деле многоступенчатый, но главный вывод не изменился: потепление в северной части Атлантики приводит к ослаблению термохалинной циркуляции и последующему резкому похолоданию в высоких широтах.

Рис. 4. События Дансгаарда — Эшгера в записи изотопного состава кислорода гренландского льда за тысячи лет до 2000 года н. э. (ka). Ледяная колонка из проекта «Северного Гренландского ледяного щита» в точке 75.10° с. ш., 42.32° з. д., высота над уровнем моря 2917 м (группа NGRIP, 2004). Горизонтальная оранжевая полоса показывает морские изотопные стадии (MIS) в течение этого периода. События Дансгаарда — Эшгера помечены синими цифрами. Также отмечены последний ледниковый максимум (LGM) и переход от Бёллинга — Аллёрода / к позднему дриасу (BA / YD)
Рис. 4. События Дансгаарда — Эшгера в записи изотопного состава кислорода гренландского льда за тысячи лет до 2000 года н. э. (ka). Ледяная колонка из проекта «Северного Гренландского ледяного щита» в точке 75.10° с. ш., 42.32° з. д., высота над уровнем моря 2917 м (группа NGRIP, 2004). Горизонтальная оранжевая полоса показывает морские изотопные стадии (MIS) в течение этого периода. События Дансгаарда — Эшгера помечены синими цифрами. Также отмечены последний ледниковый максимум (LGM) и переход от Бёллинга — Аллёрода / к позднему дриасу (BA / YD)

Третий механизм климатических изменений: «закрытие» опрокидывающейся термохалинной циркуляции, вызванное потеплением и сопровождающееся последующим резким похолоданием.

Итак, мы поняли, что циркуляция атмосферы и океана, сложным, но всё же понятным переносом вещества и энергии может изменять климат Земли, если не в такой же степени, как орбитальные циклы Миланковича, но в очень значительной, и гораздо быстрее! Эти изменения, в отличие от орбитальных циклов, происходят резко и не вполне регулярно, и они всегда сопровождаются параллельным ростом и падением концентрации углекислого газа в атмосфере, что нам доказывают многообразные палеоклиматические данные.

Но и это еще не всё.

3. Событие Хайнриха

В 1988 году в ту пору молодой немецкий гео­лог Хартмунт Хайнрих, исследовавший морские отложения, сделал поразительное наблюдение [9]: в осадках глубоководной скважины, пробуренной в Северо-Восточной Атлантике, он обнаружил шесть последовательных слоев, похожих на отложения морен, т. е. на отложения тающих, отступающих ледников, перемежающихся слоями нормальных тонких морских осадков. Слои были сложены самыми разно­образными грубыми осадками, включающими крупные валуны, гальки и гравий.

Литологический анализ показал, что возраст камней около двух миллиардов лет, в то время как вмещающие их породы имели возраст всего в несколько сотен миллионов лет. Основываясь на этих наблюдениях, молодой Хайнрих сделал смелый вывод, что слои отложились в результате таяния айсберговых армад Лаврентийского канадского ледяного щита. Но как они туда попали? Хайнрих предположил, что они были принесены огромными айсбергами Лаврентийского ледникового щита, покрывавшего Канадский кристаллический щит, в процессе его внезапного таяния. Он назвал их Ice-rafted debris (IRD), дословно «сплавленные льдом обломки пород» (в русской терминологии я не наш­ла этого термина, связанного с Х-событиями; самый близкий термин «ледниковый рафтинг»).

Вслед за этим пошли годы исследований. Идея подтвердилась многими авторами, новыми анализами и разными палеоклиматическими методами. Оказалось, что Heinrich-event (Н-event), Х-событие, как его стали называть, совпадает с пиками Д—Э-событий, но оно более сильное и заметное, т. е. начинается очень внезапно и сопровождается бо́льшим похолоданием, чем при Д—Э-событиях. И конечно, то, что Х-события происходят гораздо реже, их периодичность 7–10 тыс. лет.

Самый важный вывод из этой работы, как в дальнейшем показал В. Брокер [10], Х-событие, заглушает Атлантическую меридиональную термохалинную циркуляцию (АМТЦ) в Северной Атлантике и приводит к резкому похолоданию на Европейском континенте и даже сказывается глобально на всей планете! Это заключение заставило по-новому посмотреть на Д—Э-события, и после многолетних исследований было установлено, что каждое из них сопровождалось ослаблением, но не полной остановкой АМТЦ.

Также выяснилось, что Антарктические ледяные колонки очень слабо или никак не проявляют Д—Э-события [11]. Еще годы исследований. И вот научное сообщество приходит к выводу, что события Д—Э отчетливо проявляются только в Северном полушарии, а события Хайнриха глобальны [12]. Их периодичность 6–10 тыс. лет. Как можно видеть (рис. 5), цикл событий Д—Э во время ослабления завершается пиком события Хайнриха.

Рис. 5: Хронология важных климатических явлений за последний ледниковый период (~ последние 120 000 лет), зарегистрированных в кернах полярного льда, и приблизительное относительное положение событий Хайнриха, первоначально зарегистрированных в кернах морских отложений из Северной Атлантики. Светло-фиолетовая линия: δ18O из ледяной колонки NGRIP (Гренландия), в пермилях (группа NGRIP, 2004). Оранжевые точки: восстановленные температуры на буровой площадки NGRIP (Kindler et al., 2014). Темно-фиолетовая линия: δ18O из ледяной колонки EDML (Антарктида), в пермилях (группа сообщества EPICA, 2006). Серые области: основные события Хайнриха, в основном для Лаврентийского ледникового щита (H1, H2, H4, H5). Серая штриховка: основные события Хайнриха, в основном для европейского континента (H3, H6). Светло-серая штриховка и номера от C-14 до C-25: второстепенные слои IRD, зарегистрированные в колонках морских отложений Северной Атлантики (Chapman et al., 1999). От HS-1 до HS-10: Стадиалы Хайнриха (HS, Heinrich, 1988; Rasmussen et al., 2003; Rashid et al., 2003). От GS-2 до GS-24: Гренландский стадиал (GS, Rasmussen et al., 2014). AIM-1 — AIM-24: Антарктический изотопный максимум (AIM, группа сообщества EPICA, 2006). Записи ледяных кернов Антарктиды и Гренландии показаны в их общей временной шкале AICC2012 (Bazin et al., 2013; Veres et al., 2013)
Рис. 5: Хронология важных климатических явлений за последний ледниковый период (~ последние 120 000 лет), зарегистрированных в кернах полярного льда, и приблизительное относительное положение событий Хайнриха, первоначально зарегистрированных в кернах морских отложений из Северной Атлантики. Светло-фиолетовая линия: δ18O из ледяной колонки NGRIP (Гренландия), в промиллях (группа NGRIP, 2004). Оранжевые точки: восстановленные температуры на буровой площадки NGRIP (Kindler et al., 2014). Темно-фиолетовая линия: δ18O из ледяной колонки EDML (Антарктида), в промиллях (группа сообщества EPICA, 2006). Серые области: основные события Хайнриха, в основном для Лаврентийского ледникового щита (H1, H2, H4, H5). Серая штриховка: основные события Хайнриха, в основном для европейского континента (H3, H6). Светло-серая штриховка и номера от C-14 до C-25: второстепенные слои IRD, зарегистрированные в колонках морских отложений Северной Атлантики (Chapman et al., 1999).
От HS-1 до HS-10: Стадиалы Хайнриха (HS, Heinrich, 1988; Rasmussen et al., 2003; Rashid et al., 2003). От GS-2 до GS-24: Гренландский стадиал (GS, Rasmussen et al., 2014). AIM-1 — AIM-24: Антарктический изотопный максимум (AIM, группа сообщества EPICA, 2006). Записи ледяных кернов Антарктиды и Гренландии показаны в их общей временной шкале AICC2012 (Bazin et al., 2013; Veres et al., 2013). Автор: Goeland1234 — собственная работа, CC BY-SA 4.0.

Теперь мы знаем, что наряду с «тысячелетними» изменениями климата Д—Э, вызванными обратной связью системы АОС, существуют 7–10-тысячелетние Х-события, которые приводят к резкому изменению термохалинной циркуляции, а именно ее ослаблению или полному закрытию. Особенно важно знать, что все эти события неизменно сопровождаются соответственным ростом или падением СО2 в атмосфере. И как мы ниже увидим, не только в ней.

Итак, в долгосрочной перспективе изменения объема ледников и ледяных щитов, а значит, и климат Земли контролируются астрономическим воздействием солнечной инсоляции. Однако на коротких тысячелетних отрезках времени обратные связи в атмосфере, океане и на суше существенно трансформируют эту взаимосвязь. К счастью, мы учимся ее понимать.

Перед тем, как перейти к рассказу, что происходит с СО2 в атмосфере в геологической перспективе, я сделаю некоторые замечания.

  • Революционное открытие Хайнриха и Брокера: небольшое потепление может привести к закрытию глобальной океанической циркуляции и резкому похолоданию.
  • Мы не можем остановить тектонический термостат Земли, но мы можем его поломать.
  • Углекислый газ не оседает в атмосфере, достигая концентрации на изотерме 270 K, как вода, а продолжает насыщать собою атмосферу, поднимаясь всё выше и достигая уровня 220 К, продолжая отражать инфракрасное излучение от поверхности. Это делает углекислый газ исключительным.

Об этом поговорим в следующий раз.

Ирина Делюсина

  1. Цитата, приписываемая Чарлзу Лайелю.
  2. Монин А. Введение в теорию климата. Гидрометеоиздат, Ленинград, 1982.
  3. The Köppen climate classification.
  4. Archer D. Global Warming. Understanding the Forecast. Wiley, 2012.
  5. Dansgaard W., Johnsen S. J., Clausen H. B. and Gundestrup N., Stable isotope glaciology, Meddel. om Gronland, 197, No. 2, 53. Рp, 1973.
  6. Oeschger H., Beer J. , Siegenthaler U., Stauffer B., Dansgaard W. and Langway Jr. C. C., Late-glacial climate history from ice cores, Climate Processes and Climate Sensitivity, 288–298, 1983.
  7. Broecker W.S., Peteet D.M., Rind D. Does the ocean-atmosphere system have more than one stable mode of operation? Nature. 1985;315(6014): 21–6.
  8. oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_currents/05conveyor1.html
  9. Heinrich H. Origin and Consequences of Cyclic Ice Rafting in the Northeast Atlantic Ocean During the Past 130,000 Years. Quaternary Research. 1988;29(2): 142–52.
  10. Broecker W.S. The great ocean conveyor. Oceanography 4 (2), 79–89, 1991.
  11. Broecker W.S. Paleocean circulation during the last deglaciation: a bipolar seesaw? Paleoceanography 13 (2), 119–121, 1998.
  12. Markle B.R., Steig E.J., Buizert C., Schoenemann S.W., Bitz C.M., Fudge T.J. et al. Global atmospheric teleconnections during Dansgaard–Oeschger events. Nature Geoscience. 2017;10(1): 36–40.
  13. Langmuir Ch., Broecker W. How to Build a Habitable Planet, Princeton University Press, 2012. 718 p.
  14. pmel.noaa.gov/co2/story/What+is+Ocean+Acidification%3F
  15. Archer D. Near miss: the importance of the natural atmospheric CO2 concentration to human historical evolution. Climatic Change. 2016;138(1):1–11.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Связанные статьи

Подписаться
Уведомление о
guest
27 Комментария(-ев)
Встроенные отзывы
Посмотреть все комментарии
Ivan Kshnyasev
Ivan Kshnyasev
5 месяцев(-а) назад

«сегодняшние изменения климата» = окси(ю)морон! ;-) — м.б. «современные»? ;-) (простите за сексизм!) ;-)

Irina D
Irina D
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Ivan Kshnyasev

Вы правы, об этом думает всё научное коммьюнити
https://eos.org/research-spotlights/standardizing-the-surge-of-paleoclimate-data#disqus_thread
Термин пока не утвержден, но вот скоро!

Ivan Kshnyasev
Ivan Kshnyasev
5 месяцев(-а) назад

и пожалуйста (!) — «∆18O = (18O/16O в образце — 18О/16О) стандарт / (18О/16О) стандарт x 1000» ,скобочки — на место, и подстросник/надстрочник проконтролируйте/откорректируйте!

Irina D
Irina D
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Ivan Kshnyasev

Исправили

Г.Ц.
Г.Ц.
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Irina D

Ирина, спасибо, для непрофильного читателя все чрезвычайно любопытно. Но Вы не могли бы дать ссылки, в которых есть собственно методики? Например, для 18О? В упомянутых статьях (Dansgaard, Oeschger) дельты возникают сами по себе, не обсуждается толком откуда взято то, что в формулу подставлено. Из более поздних работ видно, что образцы передают третьим лицам на масс-спектрометр, указываются марка прибора и стандарты, ничего больше…. А где написано про пробоотбор, транспортировку, про предотвращение изотопного обмена? Поскольку эффект не очень большой, у непривычного к тематике человека методические вопросы неизбежны.

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Г.Ц.

В те далекие годы не принято было делиться интеллектуальной собственностью. Теперь исходные данные обязательно нужно представлять для публикаций. Тут я не знаю, как помочь. Только что спросить у автора. Некоторые из них еще живы:)) -Ирина Д.

Владимир Брежнев
Владимир Брежнев
5 месяцев(-а) назад

Простите, но ссылаться на «клюшку Манна»….. Вы бы ещё на Нострадамуса сослались. После первой же картинки можно дальше не читать.

Дмитрий
Дмитрий
5 месяцев(-а) назад

Интересная статья!
Хотелось бы еще узнать, а влияют ли циклы Миланковича на содержание CO2 в атмосфере? Наблюдалось ли какое-то изменение концентрации СО2 во время этих циклов? И если да, то отчего?

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Дмитрий

Косвенно. При потеплениях происходит активное декомпрессионное плавление магм (после снижения нагрузки растаявших ледников на поверхности, раннее зажатые в мантии магмы расширяются и плавятся), это приводит в конечном счете к активизации вулканических извержение и дегазации СО2. А дальше процесс идет циклически, одно цепляется за другое.

Константин
5 месяцев(-а) назад

«Итак, потепление вызывает приток пресной воды в океан, вероятно, главным образом за счет таянья льдов, что приводит к отсутствию инъекций плотной и соленой воды в придонную холодную, что тормозит конвейер, во всяком случае в его северной части.»

Но при этом в низких высотах усиливает испарения, что увеличивает солёность воды, поступающей на север.
Столько обратных связей с разным знаком, что поди разберись что к чему приводит:)

Марина
Марина
5 месяцев(-а) назад

Не могли бы Вы пояснить совпадение нижнего доверительного интервала с реконструкцией где-то с 1400 по 1700 на клюшке Манна.

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Марина

Марина, новые «клюшки» закрыли практически все вопросы по клюшке Манна, и сейчас уже некорректно судить с новыми знаниями статью более чем двадцатилетней давности. Но это все разобрано, конечно, в литературе. Начните с Wiki, и найдете ответ! Я так сходу не могу.
-Ирина

Алекс
Алекс
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Irina D

Вопрос, если я правильно понимаю, был по Вашему Рис.1.

Александр
Александр
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Irina D

Возможно, имелась в виду рассмотренная у Вас «клюшка» из статьи в Nature (2019 г.)? Совпадение нижнего доверительного интервала с реконструкцией с 1400 по 1700 имеется как раз у нее.

Борис
Борис
5 месяцев(-а) назад

«Именно поэтому на севере Тихого океана глубокие воды не образуются. В его поверхностных водах содержится так мало соли, что даже при охлаждении до точки замерзания (–1,8 °C) вода недостаточно плотна…». Разве максимальной плотности вода не достигает при более высокой температуре?
«для Лаврентийского ледникового щита (H1, H2, H4, H5)» HS1…5?
«Мы не можем остановить тектонический термостат Земли, но мы можем его поломать». Ну, вот на самом интересном месте… :)

Марина
Марина
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Борис

Плотность воды растёт с повышением солености и с понижением температуры до 4С, где у плотности воды максимум.

Алекс
Алекс
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Марина

У пресной воды максимальная плотность при 4С. А у соленой океанской воды максимальная плотность в ее точке замерзания (-2С).

Борис
Борис
5 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Алекс

Спасибо!

aosypov
aosypov
5 месяцев(-а) назад

Скажите, а понятно, откуда столько опресненной воды на севере Пацифики?

Vit Mats
Vit Mats
5 месяцев(-а) назад

Любопытно, что 80 лет назад, в 1939 году, кембриджский математик-астроном Рэй Литтлтон и выпускник того же университета Фред Хойл написали статью о климате. Называлась она «Влияние межзвёздного вещества на изменения климата». Королевское астрономическое общество, членом которого состоял Литтлтон, работу отвергло, зато её напечатало Кембриджское философское общество (F. Hoyle and R.A. Lyttleton, «The effect of interstellar matter on climatic variation», Mathematical Proceedings of the Cambridge Philosophical Society, 35, 1939). Авторы рассматривали прохождение звезды, в частном случае Солнца, через область, заполненную межзвёздным веществом. Они пришли к выводу, что взаимодействие Солнца с этим веществом должно изменять количество лучистой энергии, поступающей к планетам, в частности к Земле, что и вызывает непериодические изменения климата, в том числе ледниковые периоды. Они оценили, как часто Солнце могло попадать в скопления межзвёздного вещества, и обнаружили примерное соответствие с похолоданиями и потеплениями климата Земли. Исходя из того, что уголь есть окаменелость древней растительности и залегает он даже в высоких широтах, вплоть до Шпицбергена, они отметили, что в отдалённом прошлом ледниковые периоды чередовались с периодами жаркого и влажного климата. Авторы подчёркивали, что на климат влияют многие факторы, и они не считали, что их гипотеза отвергает иные причины, но отмечали, что она предлагает количественный подход, и механизм аккреции может действительно играть… Подробнее »

Алекс
Алекс
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Vit Mats

Мне кажется, что тут ещё большую роль могли бы сыграть медленные изменения орбиты Земли.

Old_Scientist
Old_Scientist
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Алекс

Кроме того, сейчас аномально низкая солнечная активность, на Солнце совсем нет пятен. Так было во время Маундеровского минимума в 1640-1715 годах, и тогда произошло сильное похолодание, существенное даже на фоне Малого Ледникового Периода, наблюдавшегося в то время в Европе. Этот фактор неактивного сейчас Солнца тоже надо учитывать.

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Vit Mats

Очень любопытно. Поинтересуюсь обязательно! -Ирина Д.

Y. V.
Y. V.
5 месяцев(-а) назад

А вот это уже интересней! Собственно говоря на рис. 2 интересен не одновременный рост концентрации CO2(из которого в общем то не очевидно, что причина, а что следствие), а именно — «обратная связь» резкое падение и температуры и CO2. «Мёртвые зоны»(участки морского дна где произошёл замор- кончился кислород) — идеальные carbon sink. Они разарастаются уже сейчас, и из за эвтрофикации, и из за потепления. Но если действительно встанет океанический конвейер, то практически весь океан превратится в аналог Чёрного моря(где глубже 200м бескислородная зона) , в гигантский carbon sink размером в половину земной поверхности! Это интересный механизм «обратной связи», какое то гораздо более надёжное объяснение того, почему мы с вами живём не на Венере(по сравнению с регулярной вулканической активностью, которую тоже предлагают как механизм похолодания). Но если этот механизм(регулярные глобальные заморы) работает, то это должно быть очень хорошо заметно в палеонтологичнской летописи, по результатам бурения океанический коры. Так ли это? Есть ли свидетельства регулярных глубоководных заморов кернах океанический коры?

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Y. V.

Я попыталась об этом написать во второй части статьи, хотя бы отчасти. Про заморы я не писала, но да, такие свидетельства есть. Интересно, что количество и свойство этих вымираний зависит в том числе и от изотопного состава СО2, то есть, откуда он выделился, каким типа вулканизма, субдакционного, или из срединных океанических хребтов. Тема бесконечная! — Ирина Д.

Борис
Борис
5 месяцев(-а) назад

Дальнейшее потепление не приведет к событию Хайнриха? Через сколько? Насколько быстро охлаждение может пойти? И мы обыватели скажем, что ученые все соврали: у нас проблемы от того, что похолодало, а не потеплело :)
Почему график дельта O18 обрывается к нашему времени? Каким образом устанавливалось, что этот показатель очень быстро изменяется с температурой?

Irina D
Irina D
4 месяцев(-а) назад
В ответ на:  Борис

В данном случае нет условий для событий Хайнриха, потому что нет Лаврентийского ледникого щита. Для подобного события вся Гренландия должна была бы растаять «в один день». Впрочем, выяснилось буквально на днях, что метан стал выделяться гораздо быстрее, чем это ожидалось, и его выбросы могут усилить парниковый эффект еще больше: и если так дело пойдет, кто знает…:)) -Ирина Д.

Оценить: 
Звёзд: 1Звёзд: 2Звёзд: 3Звёзд: 4Звёзд: 5 (7 оценок, среднее: 4,86 из 5)
Загрузка...
 
 

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: