Глубоко в холодных недрах Антарктиды пушистый, наполненный воздухом снег накапливается слой за слоем, уплотняясь в глыбы льда на протяжении тысячелетий. Палеоклиматологи уже давно стекаются на отдаленный континент, чтобы пробурить несколько километров, извлекая цилиндры этого льда, которые охватывают сотни тысяч лет истории Земли — что-то вроде вертикальных годичных колец деревьев. Древние пузырьки воздуха, запертые в этих ледяных ядрах, являются важным ключом к пониманию того, как уровень углекислого газа в атмосфере влиял на температуру поверхности в прошлом. Это настолько близко к путешествию во времени, насколько это возможно для ученых.
Сейчас группы палеоклиматологов в Европе, Австралии и США находятся в разгаре того, что они называют «дружеской гонкой», чтобы найти самый старый лед на Земле, чтобы они могли использовать его захваченный воздух для непосредственного измерения уровней парниковых газов за миллионы лет. Исследователям особенно нужен лед примерно три миллиона лет назад, когда температура была примерно на два-три градуса выше по Цельсию, а уровень моря был примерно на 20 метров выше, чем сегодня. Это может дать ученым лучшее представление о том, насколько температура может подняться в будущем.
«Большой вопрос, который у нас есть, заключается в том, насколько теплее, по нашему мнению, станет наш мир, если мы продолжим выкачивать CO.2 в нашу атмосферу?», — говорит член американской команды Сара Шеклтон, научный сотрудник Принстонского университета в области палеоклиматологии. Американский проект под названием «Центр исследования древнейшего льда» (COLDEX) использует новый и уникальный подход к поиску этого древнего льда. Его участники совершенствуют новые методы, чтобы расположить перепутанные слои льда в хронологическом порядке, надеясь составить временную шкалу атмосферных и климатических условий, которая будет аккуратно проходить от самых старых слоев льда, которые они могут найти, до наших дней.
Большинство ледяных кернов, которые были пробурены на сегодняшний день, представляют собой так называемые непрерывные керны, что означает, что их слои расположены в аккуратном хронологическом порядке. Но самое старое сплошное ледяное ядро из когда-либо собранных, которое было завершено в 2004 году, насчитывает всего 800 000 лет. Старый лед может существовать гораздо глубже, но найти его сложно. «Лед, отложившийся на поверхности Антарктиды, погребается и постепенно вытекает в сторону [continent’s] края, а затем, в конце концов, теряется, растворяясь в океане или в виде айсбергов, откалывающихся в океане. Из-за этого процесса самый старый лед всегда редок», — говорит Эд Брук, палеоклиматолог из Орегонского государственного университета и директор COLDEX.
В последние годы ученые нашли возможный способ добраться до такого льда. Они обнаружили случайные отдельные слои более старого льда, зажатые между более молодыми слоями ближе к поверхности, в определенных местах у краев Антарктиды, где скалистые хребты толкают ледяной щит вверх, когда он течет к побережью. Группа COLDEX во главе с палеоклиматологом из Принстона Джоном Хиггинсом была направлена в одно из таких мест под названием Аллан-Хиллз, расположенное недалеко от восточного побережья Антарктиды, с ноября по январь прошлого года. Там безжалостные ветры сметают верхние слои льда по мере их подъема, а это означает, что более старые слои находятся гораздо ближе к поверхности — на глубине от десятков до сотен метров, а не тысяч, — и поэтому их легче достать. Однако, несмотря на то, что торосы услужливо подталкивают лед, они также измельчают слои в беспорядочную массу, как в геологическом блендере. «Это что-то вроде коробки с кусочками пазла. С традиционным [continuous] Ледяной керн, все кусочки мозаики находятся точно в нужном месте», — говорит Кристо Бьюзерт, палеоклиматолог из Орегонского государственного университета, возглавляющий группу анализа льда COLDEX. Но в кернах, пробуренных на краю континента, «как будто кто-то просто взял пазл и перетасовал все кусочки вместе».
Чтобы определить возраст льда в перемешанных слоях и, таким образом, упорядочить их, команда будет кропотливо анализировать каждый слой на наличие подсказок, используя последние улучшения в методах, таких как датирование аргоном. Поскольку элемент калия естественным образом распадается на аргон с постоянной скоростью с течением времени, уровни аргона во льду могут точно датировать его. Кроме того, машины могут делать снимки слоев с разными длинами волн света, чтобы обнаруживать складки и другие неоднородности в ядрах, что помогает ученым связывать слои и упорядочивать их. «Для нас это совершенно новая задача — выяснить, как работать с потревоженным льдом», — говорит Бьюзерт. «Мы всегда старались избегать этого, когда могли, потому что это намного сложнее. Но, может быть, единственный способ сохранить самый старый лед — это действительно нарушенное состояние. И у нас не будет другого выбора, кроме как научиться расшифровывать это, чтобы понять, как снова собрать кусочки головоломки».
Ученые COLDEX также планируют пробурить традиционный непрерывный керн глубиной 1,5 миллиона лет назад во внутренней части континента, недалеко от Южного полюса. Это также целевой возраст для европейских и австралийских буровых работ. Затем команда COLDEX отсортирует слои Аллан-Хиллз в хронологическом порядке, надеясь расширить запись до трех миллионов лет назад.
Вполне возможно, что команда COLDEX могла бы найти гораздо более старый лед у самой нижней части ледяного щита возле Южного полюса. Но, как и лед на окраинах континента, он, вероятно, был растерт, когда текла по каменистой коре внизу, или был расплавлен геотермальным теплом, исходящим из недр Земли, что потенциально делает его таким же трудным для анализа, как лед Аллан-Хиллз. Чтобы найти самую старую доступную непрерывную пробу вблизи Южного полюса, команда начала пятилетнюю миссию, используя бортовую технологию проникающего в лед радара, чтобы точно определить область с высоким уровнем снегопада и расположенную над относительно прохладным участком земной коры.
После того, как они получат всю возможную беспорядочную смесь более старых слоев льда и датируют их, члены команды будут использовать новую технику для улучшения анализа газов из пузырьков воздуха, попавших внутрь. Раньше исследователи брали кусочки каждые несколько метров керна, плавили их и измеряли количество выделившегося углекислого газа и других газов. Затем ученые смогли экстраполировать уровни газа для промежуточных слоев, потому что они использовали только непрерывные ядра со слоями в хронологическом порядке. Но этот подход не будет работать на ядрах с неупорядоченными слоями; ученым необходимо взять пробы из каждого слоя перемешанного льда, чтобы получить точные измерения содержания газа в каждом из них. Используя новый метод, они могут расплавить узкую полосу, охватывающую всю длину ядра, а затем проанализировать содержащиеся в ней газы. Это должно дать им точное измерение для каждого слоя, которое они могут связать с возрастом этого слоя.
«Мы очень, очень давно мечтали об этом, потому что для всех в сообществе ледяных кернов было очевидно, что самым большим приоритетом является расширение нашего опыта работы с ледяными кернами еще дальше во времени», — говорит Бьюзерт. Теперь, когда они на самом деле делают это, ученые COLDEX не забывают «почему» всей этой работы — понимание более теплого мира, к которому мы быстро приближаемся. «Я думаю, это броский заголовок: «О, мы нашли самый старый лед», но есть причина, по которой нас интересуют эти более ранние интервалы», — говорит Шеклтон. «И это потому, что они были теплее».
Эта история была поддержана грантом Пулитцеровского центра.
