Новое исследование, проведенное учеными Аризонского университета, возможно, разрешило две загадки, которые долгое время ставили в тупик экспертов по палеоклимату: откуда взялись ледяные щиты, которые образовались в последний ледниковый период более 100 000 лет назад, и как они могли расти так быстро?
Понять, что движет ледниково–межледниковыми циклами Земли — периодическим продвижением и отступлением ледяных покровов в Северном полушарии, — непросто, и исследователи посвятили значительные усилия объяснению расширения и сокращения больших ледяных масс на протяжении тысячелетий.
Новое исследование предлагает объяснение быстрого расширения ледяных щитов, которые покрывали большую часть Северного полушария во время последнего ледникового периода, и результаты могут также применяться к другим ледниковым периодам на протяжении всей истории Земли.
Около 100 000 лет назад, когда по Земле бродили мамонты, климат Северного полушария резко охладился, что позволило образоваться массивным ледяным покровам. В течение примерно 10 000 лет местные горные ледники росли и образовали большие ледяные щиты, покрывающие большую часть современной Канады, Сибири и северной Европы.
Хотя широко признано, что периодическое «колебание» орбиты Земли вокруг Солнца вызвало похолодание летом в Северном полушарии, что привело к началу широкомасштабного оледенения, ученые изо всех сил пытались объяснить обширные ледяные щиты, покрывающие большую часть Скандинавии и северной Европы, где температуры гораздо более мягкие.
В отличие от холодного Канадского Арктического архипелага, где легко образуется лед, Скандинавия должна была оставаться в значительной степени свободной ото льда из-за Североатлантического течения, которое приносит теплую воду к побережьям северо-западной Европы.
По словам исследователей, хотя эти два региона расположены на одинаковых широтах, летние температуры в Скандинавии значительно выше нуля, в то время как температура в значительной части канадской Арктики остается ниже нуля в течение всего лета. По словам ведущего автора исследования Маркуса Лофверстрома, из-за этого несоответствия климатические модели с трудом объясняют обширные ледники, которые продвинулись в северной Европе и ознаменовали начало последнего ледникового периода.
«Проблема в том, что мы не знаем, откуда взялись эти ледяные щиты (в Скандинавии) и что заставило их расшириться за такой короткий промежуток времени», — сказал Лофверстром, доцент кафедры наук о земле и руководитель лаборатории динамики земной системы.
Чтобы найти ответы, он помог разработать чрезвычайно сложную модель земной системы, известную как Community Earth System Model, которая позволила его команде реалистично воссоздать условия, существовавшие в начале самого последнего ледникового периода. Примечательно, что он расширил область модели ледяного покрова от Гренландии, чтобы охватить большую часть Северного полушария с высокой пространственной детализацией.
Используя эту обновленную конфигурацию модели, исследователи определили океанские шлюзы на Канадском Арктическом архипелаге как важнейший элемент, контролирующий климат Северной Атлантики и, в конечном счете, определяющий, могут ли ледяные щиты расти в Скандинавии.
Моделирование показало, что до тех пор, пока океанские шлюзы на Канадском Арктическом архипелаге остаются открытыми, конфигурация орбиты Земли охлаждает Северное полушарие достаточно, чтобы позволить ледяным щитам образоваться на севере Канады и в Сибири, но не в Скандинавии.
Во втором эксперименте исследователи смоделировали ранее неисследованный сценарий, в котором морские ледяные щиты перекрывали водные пути на Канадском Арктическом архипелаге. В этом эксперименте сравнительно пресная арктическая и северо-тихоокеанская вода, обычно проходящая через Канадский Арктический архипелаг, была отведена к востоку от Гренландии, где обычно образуются глубоководные массы. Это отклонение привело к освежению и ослаблению глубоководной циркуляции в Северной Атлантике, расширению морского льда и более прохладным условиям в Скандинавии.
«Используя как моделирование климата, так и анализ морских отложений, мы показываем, что лед, формирующийся в северной части Канады, может препятствовать проходам через океан и отвлекать водные потоки из Арктики в Северную Атлантику, — сказал Лофверстром, — а это, в свою очередь, приводит к ослаблению циркуляции океана и к холодным условия у берегов Скандинавии, которые достаточные для того, чтобы в этом регионе начали расти льды».
Эти выводы подтверждаются данными о морских отложениях из Северной Атлантики, которые свидетельствуют о существовании ледников на севере Канады за несколько тысяч лет до Европы. Записи отложений также показывают убедительные доказательства ослабления глубоководной циркуляции океана до образования ледников в Скандинавии, что аналогично результатам моделирования.
В совокупности эти эксперименты предполагают, что образование морского льда на севере Канады может быть необходимым предшественником оледенения в Скандинавии, пишут авторы.
По словам ученых, расширение климатических моделей за рамки их традиционного применения для прогнозирования будущего климата дает возможность выявить ранее неизвестные взаимодействия в земной системе, такие как сложное и иногда противоречащее здравому смыслу взаимодействие между ледяными щитами и климатом.
«Вполне возможно, что механизмы, которые мы выявили здесь, применимы ко всем ледниковым периодам, а не только к самому последнему», — сказал Маркус Лофверстром.
«Это может даже помочь объяснить более кратковременные холодные периоды, такие как во времена Позднего Дриаса (12 900 — 11 700 лет назад), которые сопровождались общим потеплением в конце последнего ледникового периода».
Исследование было опубликовано в журнале Nature Geoscience.