Западно-Антарктический ледниковый щит (ЗАЛШ) — один из наиболее динамичных регионов антарктического континента. Большая часть его ложа лежит ниже уровня моря, что делает регион особенно чувствительным к потеплению океана. Понимание эволюции ЗАЛШ имеет ключевое значение для прогнозирования будущих изменений уровня моря. Если ЗАЛШ полностью растает, глобальный уровень моря может подняться более чем на 4 метра.
Международная исследовательская группа под руководством Кильского университета (CAU) впервые систематически изучила, как ЗАЛШ реагировал на повышение температуры в Южном океане во время естественного тёплого периода — стадии морских изотопов 11 (MIS 11) около 400 000 лет назад.
Результаты, опубликованные в журнале Nature Communications, дают ценную информацию об условиях, при которых ЗАЛШ становился нестабильным в геологическом прошлом, и о том, какие параллели это может иметь для текущих и будущих сценариев потепления.
«Наши результаты показывают, что Западно-Антарктический ледниковый щит был чувствителен к потеплению в Южном океане, особенно в циркумполярных глубинных водах, в прошлом», — говорит первый автор Лена Джебасински, докторант Института наук о Земле в Кильском университете.
«Это важный предупреждающий сигнал, поскольку в настоящее время мы наблюдаем в регионе схожие тенденции в изменении температуры, которые могут поставить под угрозу стабильность антарктического ледяного покрова в краткосрочной или долгосрочной перспективе. Условия того времени и сегодняшние события демонстрируют явные параллели».
Тёплый период MIS 11
Тёплая фаза, изученная исследователями, известная как стадия морских изотопов 11 (MIS 11), считается одной из самых длинных и стабильных тёплых периодов за последние миллион лет. В это время глобальные температуры были на 2 °C выше доиндустриального уровня, в то время как концентрации CO₂ были схожи с доиндустриальным периодом. Уровень моря был примерно на 6–13 метров выше, чем сегодня, что свидетельствует о значительном отступлении ЗАЛШ в то время.
Международная исследовательская группа из Германии, США и Великобритании изучила химический состав ископаемых фораминифер — крошечных одноклеточных морских организмов, сохранившихся в кернах осадочных пород из Тихоокеанского сектора Южного океана. Эти известковые раковины хранят информацию о прошлых условиях окружающей среды.
Исследователи обнаружили повторяющиеся фазы во время MIS 11, в которых глубинные воды в Тихоокеанском Южном океане имели более низкие концентрации кислорода, известные как события с минимальным содержанием кислорода. Эти фазы обычно совпадали с потеплением циркумполярных глубинных вод.
При определённых условиях эта вода вступает в контакт с антарктическим ледяным щитом у основания шельфовых ледников. Такое потепление способствует таянию шельфовых ледников и тем самым нарушает стабильность ледяного покрова внутренних районов. Возникающее в результате увеличение поступления талой воды в океан, вероятно, снижало формирование плотных антарктических придонных вод — важнейшего компонента глобальной циркуляции опрокидывания.
«Это могло бы объяснить, почему Западно-Антарктический ледниковый щит был значительно меньше во время изученного тёплого периода, чем сегодня, и почему глобальный уровень моря был значительно выше, чем сейчас», — объясняет Джебасински, исследователь палеоклимата, пишущая свою докторскую диссертацию на эту тему.
Для реконструкции условий окружающей среды в Южном океане в этот период времени исследовательская группа объединила несколько геохимических методов. Они в основном изучали фораминиферы. В условиях дефицита кислорода твёрдые соединения урана откладываются вокруг раковин этих крошечных морских организмов в осадке. Эта сигнатура позволила исследователям сделать выводы о прошлых дефицитах кислорода в придонных водах центрального Тихоокеанского Южного океана.
Кроме того, исследователи определили соотношения изотопов неодима — биологически независимый индикатор циркуляции водных масс. Это демонстрирует, что наблюдаемые события с минимальным содержанием кислорода обусловлены физическими изменениями в океане, а не колебаниями биологической активности. Кроме того, раковины фораминифер были проанализированы на наличие индикаторов температуры придонных вод.
Комбинируя эти методы, команда смогла создать подробную картину взаимодействия между температурой циркумполярных промежуточных вод, содержанием кислорода и циркуляцией океана во время тёплого периода 400 000 лет назад.
«До сих пор эти события с минимальным содержанием кислорода можно было обнаружить только в Атлантической части Южного океана. Наши данные впервые показывают, что Тихоокеанский сектор также мог быть затронут в то же время. Таким образом, нестабильность Западно-Антарктического ледникового щита в то время, должно быть, была значительно больше, чем предполагалось ранее», — объясняет профессор Юлия Готтшальк, руководитель рабочей группы по палео океанологии и морской геологии в Кильском университете и соавтор исследования.
Если нынешние тенденции потепления в Южном океане сохранятся, нарушения в балансе массы ЗАЛШ и формировании антарктических придонных вод, вероятно, станут более частыми в будущем.
Эти новые выводы основаны на кернах осадочных пород, полученных во время экспедиции 383 «Динамика Тихоокеанского антарктического циркумполярного течения (DYNAPACC)» на борту исследовательского судна JOIDES Resolution в 2019 году в рамках Международной программы океанических открытий (IODP). Профессор Готтшальк, руководитель рабочей группы по палео океанологии и морской геологии в Кильском университете, принимал непосредственное участие в экспедиции.
«Такие длинные керны являются уникальными архивами нашей климатической системы. Мы можем прочитать из них, насколько тесно океан и лёд в южных высоких широтах были переплетены на протяжении тысячелетий», — говорит Готтшальк. «Понимание этих прошлых процессов даёт решающее представление о том, как Антарктида, а следовательно, и глобальный уровень моря, может отреагировать на более тёплые климатические условия, чем те, что наблюдаются сегодня».
Помимо Кильского университета, в новом исследовании приняли участие исследователи из Института полярных и морских исследований им. Альфреда Вегенера (Бременхавен), Университета Делавэра (Ньюарк, США), Школы климата Колумбии при Колумбийском университете (Нью-Йорк, США) и Университета Портсмута (Великобритания).