Проблема глобального потепления является одной из самых важных в современной экологии. Однако большинство экологов понимают, что для того чтобы оценить реальные масштабы опасности, необходимо сравнить сегодняшнее изменение климата с тем, как менялся климат на нашей планете в предыдущие исторические эпохи. Один из способов узнать об этом - это изучить состав древних слоев льда.
О ледовых исследованиях в Антарктиде рассказывает профессор кафедры общей экологии биологического факультета МГУ Алексей Гиляров
– Как в принципе можно узнать что-то об изменениях климата, которые были давным-давно?
– Существуют разные способы, но один из самых захватывающих способов и вместе с тем точных - это анализ ледовых керн, то есть колонок льда, образованных в Антарктиде и в Гренландии, которые поднимаются на поверхность. Во льду есть всегда пузырьки воздуха. Лед образовывался из тех атмосферных осадков, которые были во время его образования, и он захватывал воздух того времени. И у нас есть законсервированные пробы воздуха за много-много тысяч лет. В 1999 году в журнале Nature большой коллектив авторов, в том числе наши соотечественники, опубликовали работу, в которой представляли данные анализа колонки льда взятой на российской станции «Восток». Это – восточная Антарктида, очень удаленный от всех берегов район, поэтому там чрезвычайно суровая обстановка – среднегодовая температура минус 55, а зимой доходит до минус 80.
– Расскажите о методике работы с ледовыми кернами.
– Лед откладывается слоями. Падает снег, откладывается и формирует лед. Лед – это атмосферные осадки, замерзшие, за много-много лет, почти за миллион лет. 800 тысяч лет – сама длинная колонка в Антарктиде. И подняв колонку этого ледового керна, можно различными тонкими методами определить содержание в этих маленьких пузырьках воздуха углекислого газа, что нас больше всего интересует, метана (тоже парниковый газ, тоже нас всех интересует) и других газов, и кислорода, и разных изотопов.
– Как определяется возраст ледового слоя?
– Возраст определяется по скорости отложения льда. Известна скорость, с которой формируется лед, есть определенная модель. Кроме того, можно определить и температуру. Для этого берутся не пузырьки воздуха, а лед вокруг этих пузырьков, и лед этот растапливают и смотрят, каково в нем соотношение обычного водорода и дейтерия –тяжелого водорода. Дело в том, что тяжелые молекулы воды, которые конденсируются, чтобы выпасть в виде дождя или снега, требуют меньшего охлаждения для конденсации, чем более легкие. Молекулы, содержащие дейтерий, – более тяжелые, соответственно, при меньшем охлаждении они уже выпадают на землю. А содержащие обычный водород – более легкие, им требуется более сильное охлаждение. Соответственно, по изменению относительного содержания дейтерия в колонке льда мы наблюдаем за ходом изменения температуры.
– Какие результаты были получены на станции «Восток»?
– Во-первых, обнаружился ритм, он не очень отчетливый, но все-таки можно выделить самые крупные подъемы температуры - примерно раз в 100 тысяч лет. Это была колонка примерно 3,5 километра в длину – на «Востоке» такая толщина льда, и, соответственно, этот лед образовался за 420 тысяч лет. Примерно раз в 100 тысяч лет происходит быстрый подъем температуры – интенсивное потепления, а затем – медленное остывание и довольно длительный очень холодный период. Потом снова такой подъем – и снова длительное остывание. С чем это связано? Это связывают прежде всего с так называемыми циклами Миланковича.
График исследования ледяного керна на станции «Восток». Наверху над графиками отложена глубина в метрах, внизу – время в годах. Синим – изменение концентрации углекислого газа CO2, красным – изменение температуры. Пики красной линии на графике – моменты максимальных потеплений. Милутин Миланкович (1879 - 1958) – это сербский ученый, который в предположил, что наступление ледниковых периодов можно связать с регулярными изменениями земной орбиты. Орбита становится то немного более вытянутой – эллипсоидной, то более круговой; то меняется угол наклона земной оси к эклиптике, это тоже происходит регулярно, но с другой периодичностью. Кроме того, как такой волчок, ось земли описывает такой маленький конус. Представьте себе юлу, волчок, который останавливается, и он начинает так вилять туда-сюда. Вот Земля тоже немного «виляет». И вот эти «виляния» то становятся больше, то меньше. И это тоже со строго определенной периодичностью. Сложение этих всех составляющих, приводит к тому, что изменяется распределение солнечного излучения попадающего на Землю, и, соответственно, меняется количество тепла.
– Когда случилось самое раннее глобальное потепление, которое нам известно?
– Эти потепления были не сильнее, чем нынешнее – они случаются раз в 100 тысяч лет. Если судить по керну «Востока» – потепление было примерно 400 тысяч лет назад. Но предыдущие были послабее того, что происходит сегодня.
Сравнительно недавно в 2004 году был получен еще один очень длинный керн ледовый на другом месте, примерно в 500 километрах от станции «Восток», у станции европейского сообщества «Конкорди» (Concordia Station), в рамках европейского проекта. Мы, к сожалению, там не участвуем, там очень активны французы, итальянцы, другие. Уже учитывая наш опыт, они довольно быстро прошли толщу льда до скального основания. И пройдя примерно те же три с небольшим километра, они получили развертку во времени за почти 800 тысяч лет. Поскольку там суше, там более сухой климат, осадки выпадали меньше, соответственно, слои тоньше. Что замечательно, буквально в прошлом году были опубликованы тоже в журнале Nature эти результаты, и за первые 400 с лишним тысяч лет полностью подтвержден ход кривой, которая получена на станции «Восток».
– За все эти 800 тысяч лет подтверждается периодичностью потепления в 100 тысяч лет?
– Там несколько нарушаются цикличность. Она есть, но она несколько нарушается. И вот это сейчас предмет анализа и рассуждений, что могло вмешаться. Одно понятно: Земля – это же не вполне шар, там есть материки, есть океаны, и они вовсе не равномерно распределены, и это все носит какие-то свои коррективы в ее движение.
– На графиках, которые были получены, современное потепление, выглядит просто как оно из периодических потеплений. Следует ли из этого, что роль человека здесь, может быть, не так велика?
– Если бы никакой активности человека не было, то потепление все равно происходило бы.
– Потепление без участия человека было бы оно таким, каким мы его сейчас наблюдаем?
– Это большой вопрос. Потому что, на самом деле, таких высоких значений концентрации углекислого газа, которые мы наблюдаем сейчас за 700-800 тысяч лет не было. Они были в древние эпохи, , но за это время таких высоких еще не бывало. И темпы роста тоже необычайно высоки за последние 100 лет.
– Концентрация углекислого газа в воздухе и температура меняются синхронно?
– Да, они меняются строго синхронно. Графики концентрации углекислого газа и температуры идут просто параллельно. Вопрос в том, что является причиной, а что следствием? Дело в том, что чем теплее, тем больше начинает выделяться СО2 при гниении органических остатков и прочее. Поэтому процессы усиливают друг друга, это – положительная обратная связь.
– Не так давно было сообщение из университетов Флориды, где международная группа экологов анализировали концентрацию СО2 в вечной мерзлоте вокруг Северного полюса. Ученые пришли к выводу, что в вечной мерзлоте СО2 содержится больше, чем в атмосфере Земли. Можно ли сказать, что это специфическая ситуация только для современного глобального потепления или это было характерно и в прежние периоды - 300 – 400 тысяч лет назад?
– На Северном полюсе – лед морской, это совсем другая история. Нужно брать лед, который лежит на суше. Насколько я знаю по ледовым кернам, нигде никогда такой высокой концентрации СО2 не достигало. Другое дело, сейчас очень трудно сказать, насколько человек действительно влияет на увеличение СО2 и потепление. Потому что мы знаем точно и определяем только две цифры. Мы определяем концентрацию СО2, которая наблюдается в данный момент на разных широтах, в разных точках, это мы точно научились мерить. И кроме того, мы знаем, сколько выбрасывается углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива, это тоже достаточно точно мы знаем. Вот мы знаем точно только эти две цифры, все остальные цифры являются расчетными. Если бы весь углекислый газ, который образуется при сжигании ископаемого топлива, оставался в атмосфере, то концентрация его была бы существенно выше. Она – ниже. Он связывается. А вот определить места связывания, или как говорят геохимики, стока углерода в атмосфере чрезвычайно сложно. Потому что в любой природной экосистеме, в любом лесу, степи происходит одновременно и связывание углекислого газа в результате фотосинтеза растений, и выделение в результате дыхания прежде всего грибов и бактерий. Это происходит везде. И понять, куда эти потоки идут, очень сложная задача.
