8 Minutės
Mokslininkai, gręžę Allan Hills regione Antarktidoje, atkūrė ledą ir jame įkalintus oro įtrūkimus, kurių amžius siekia maždaug 6 milijonus metų — tai seniausi tiesiogiai datuoti ledas ir atmosferos mėginiai, kada nors paimti Žemėje. Šie mėginiai, suspausti į netoli paviršiaus esančius mėlynus ledo sluoksnius, suteikia vieną aiškiausių langų į planetos masto klimato sąlygas vėlyvajame miocene ir per didžiąją dalį plioceno.
Kodėl Allan Hills yra reta laiko kapsulė
Antarktida yra išskirtinis archyvas, nes sniego ir ledo sluoksniai kaupiasi palaipsniui ir užfiksuoja orą, dulkes bei chemines žymes. Kiekvienas sluoksnis gali turėti unikalią cheminę bei izotopinę „parašą“, leidžiančią rekonstruoti klimato sąlygas praeityje. Tačiau Allan Hills išsiskiria net tarp Antarktidos vietovių: čia stiprūs katabatinių vėjų srautai ir paviršiaus sublimacija nuolat nuvalo naują sniegą, o seni, tankūs ledai yra išstumti arčiau paviršiaus.
Tokiomis sąlygomis per ilgą laiką susiformavo plačios mėlyno ledo juostos — tankus, kristalais turtingas ledas, kuris sugeria raudoną šviesos spektrą ir vizualiai atrodo mėlynas. Šios mėlyno ledo zonos gali kaupti ir išsaugoti labai senus ledynų įrašus, kuriuos kituose regionuose išlygintų ar užkloję nauji sniego sluoksniai.
Shackleton aiškina, kad vis dar tiksliai nenustatyta, kokios konkrečios geografinės, klimatologinės ir topografinės sąlygos leidžia tokio amžiaus ledui išlikti taip arti paviršiaus. Greičiausiai tai yra sudėtinga vietovės forma, nuolatiniai vėjai ir itin žema temperatūra, kartu veikiančios taip, kad ledo tekėjimas sustoja, o nauji sluoksniai yra pašalinami.
Be to, lokalūs tektoniniai šlaitai ir morfologija gali lemti, kad senesnis ledo sluoksnis stiūksta ar išsilieja į vietas, kur paviršiaus sąlygos jį apsaugo nuo tolesnio pūtimo. Tokie mikroaplinkos ypatumai yra svarbūs norint suprasti, kodėl vienose Antarktidos vietose randami labai seni mėginiai, o kitur analogiški archyvai yra prarasti arba giliau uždengti.
Ledo gręžinys, iš kurio paimtas prieš 6 milijonus metų oras.
Kaip komanda datavo ledą, vyresnį už ankstesnįsias imtis
Nacionalinės mokslo fondo (National Science Foundation) remiamas projektas COLDEX, kurį vadovauja ledynologė Sarah Shackleton iš Woods Hole Oceanographic Institution, gręžė tris branduolius Allan Hills vietovėje, pasiekdamas maždaug 150, 159 ir 206 metrų gylį (492, 522 ir 676 pėdos). Komanda tikėjosi rasti neįprastai seną ledą, galimai siekiantį plioceną (kuris baigėsi maždaug prieš 2,6 milijono metų), tačiau datavimo rezultatai pranoko lūkesčius ir atskleidė dar senesnius sluoksnius.
Gręžimo darbai reikalavo sudėtingos logistinės paramos: įranga buvo pritaikyta veikti ekstremalioje šaltyje, o mėginiai buvo transportuojami ir saugomi taip, kad būtų išvengta teršimo ar dujų praradimo. Tokios ekspedicijos derina geofizininius žemėlapius, palydovinius duomenis ir vietinę meteorologinę informaciją, kad būtų optimizuota gręžimo vieta ir maksimaliai padidintas senų ledo sluoksnių radimo potencialas.
Argono izotopų datavimas: tiesioginės amžiaus matavimų ribos, o ne spėjimai
Norėdami nustatyti tikslų amžių, mokslininkai taikė argono izotopų datavimo metodus mikroskopinėms oro įtrūkimų dalelėms. Skirtingai nei stratigrafinė koreliacija ar kiti netiesioginiai proxy indikatoriai, šis metodas matuoja šlapesnių dujų izotopus, užfiksuotus pačiame lede, ir taip suteikia tiesioginius amžiaus apribojimus.
Konkrečiai, buvo analizuojami švelniai suslėgto oro komponentai, kuriuose aronas (ir jo izotopai) yra užrakinti ilgam laikui. Tyrimai parodė, kad giluminiai mėginiai buvo datuoti maždaug 6 milijonais metų — tai atitinka vėlų mioceną — tuo tarpu seklesni sluoksniai rodė jaunesnį amžių, apimantį mioceno pabaigą ir pereinant į plioceną.
Argono izotopų metodas yra ypač vertingas, nes jis suteikia nepriklausomą laiką susiejant orą su atitinkamu ledu. Tai leidžia susieti atmosferos cheminę sudėtį su konkrečiu geologiniu laikotarpiu, o ne remtis tik nuokrypiu ar modelinėmis rekonstrukcijomis.
Ką izotopai atskleidžia apie senovinį klimatą
Po datavimo tyrėjai atliko deguonies izotopų analizę lede, kad įvertintų temperatūrines sąlygas, kai sniegas iš pradžių susidarė. Deguonies izotopų santykiai vandenyje kinta priklausomai nuo temperatūros ir globalaus hidrologinio ciklo; matuodami šiuos santykius, mokslininkai gali rekonstruoti praeities Antarktidos šilumą arba šaltį.
Analizė parodė ryškius rezultatus: apie prieš 6 milijonus metų Antarktida, pagal šiuos izotopinius rodiklius, buvo maždaug 12 °C (22 °F) šiltesnė nei šiandien. Tai reiškia, kad poliarinės sąlygos tuo laikotarpiu leido vyrauti gerokai šiltesnei klimato būklei, su mažesniu ledo dangos ploto intensyvumu ir kitaip organizuotu hidrologiniu ciklu.
Vertinga tai, jog per tirtą intervalą nepastebėta staigaus šilto-šalto persivertimo; vietoje to duomenys rodo palaipsninį atvėsimo procesą, kuris per ilgą laiką perkėlė klimato pusiausvyrą link modernesnių, šaltesnių sąlygų. Toks lėtas atvėsimas turi svarbių pasekmių aiškinant, kaip ledynai reaguoja į ilgalaikius šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracijų pokyčius ir Žemės orbitinių parametrų variacijas.
Tokia palaipsninė reakcija numato, kad ledynų ir ledo dangos atsakas į klimatinius stimulus gali būti uždelstas ir ištemptas per dešimtis ar šimtus tūkstančių metų, priklausomai nuo geografinės padėties, jūros lygio bei vandenyno cirkuliacijos pokyčių.
Allan Hills, Antarktida
Kodėl šie atradimai svarbūs paleoklimatologijai ir ateities prognozėms
Tiesiogiai datuoto mioceno oro atkūrimas leidžia mokslininkams tikrinti atmosferos sudėties ir klimato jautrumo modelius remiantis realiais, senoviniais atmosferos mėginiais. Užfiksuoti oro kišenės, nors ir suspaustos ledo kristaluose, o ne akivaizdžiuose burbuluose, talpina kilniasias dujas ir šiltnamio efektą sukeliančias dujas, kurios išsaugo slenkstinį Žemės atmosferos vaizdą tuo laikotarpiu.
Matuodami CO2, metaną ir kitus tracerius šiuose mėginiuose, tyrėjai galės nustatyti, kokios koncentracijos labiausiai leido vyrauti šiltesniam klimatui prieš 6 milijonus metų ir su kokiu greičiu atmosfera keitėsi, pereinant į plioceną. Turėti empirinius istorinės atmosferos duomenis suteikia tvirtą bazę modeliams, padeda sumažinti neapibrėžtumus ir pagerina prognozes apie tai, kaip šiuolaikinis šiltnamio dujų padidėjimas gali pasireikšti ilgesniu laikotarpiu per temperatūros ir ledo dangos pokyčius.
Be to, tokių duomenų derinimas su kitais proxy – pavyzdžiui, jūros sedimentų, fosilijų ir jūrų cheminių rodiklių – leidžia sukurti integruotą praeities klimato ir jūrų lygio paveikslą. Tai svarbu ne tik moksliniams tikslams, bet ir politiniams bei planavimo šaltiniams, kuriems reikalingi patikimi scenarijai apie ilgalaikes klimato tendencijas.
Tyrėjai kelia grąžtą, kuriuo iškasto branduoliai.
Kiti žingsniai: daugiau gręžimo ir daugiau cheminių užuominų
COLDEX direktorius Ed Brook (Ohio State University) teigia, kad komanda jau planuoja didesnę, daugelio metų kampaniją Allan Hills, kurios tikslas — išplėsti įrašą dar giliau ir surinkti daugiau atmosferos mėginių platesniame laiko intervale. Siūloma programa, numatyta tarp 2026 ir 2031 metų, siekia žemėlapyje atvaizduoti šiltnamio efektą sukeliančių dujų koncentracijas ir izotopinius pokyčius per milijonus metų, taip gerinant apribojimus tiek natūraliam kintamumui, tiek ilgalaikio atvėsimo priežastims perėjime į pleistoceną.
Be šiltnamio dujų matavimų, tolimesni darbai analizuosis užfiksuotas kietąsias daleles, radiogeninius izotopus ir pėdsakines dujas, siekiant atkurti to meto vandenynų cirkuliaciją, ledo dangos išplitimą ir ugnikalninių įtakų bangavimą mioceno–plioceno pereinamuoju laikotarpiu. Tokie analitiniai metodai gali atskleisti ugnikalninių išsiveržimų vaidmenį atmosferos chemijoje, taip pat ledo dangos dinamiką ir jūros lygio svyravimus.
Logistikos ir metodologiniai patobulinimai, pavyzdžiui, jautresnės dujų chromatografijos technikos ir mažesnio tūrio išgryninimo įrenginiai, taip pat leis tiksliau nustatyti mažas dujų frakcijas senoviniuose mėginiuose. Tai atvers galimybes imtis plataus masto sinchroninių analizų, kur izotopiniai, cheminiai ir fizikiniai duomenys bus sieti tarp skirtingų branduolių ir tarpusavyje koreliuojami laikiniu mastu.
Eksperto komentaras
Dr. Elena Moreno, paleoklimatologė, nesusijusi su COLDEX lauko komanda, komentuoja: "Tiesiogiai datuotas prieš 6 milijonus metų paimtas oras yra tikras pokyčių žaidėjas. Jis tvirtai pririša modelių simuliacijas prie realių atmosferos sudėčių, o ne prie numanomų vertybių. Tokios patikros duomenys yra reti ir neįkainojami, norint suprasti tiek praeities, tiek ateities klimato jautrumą."
Bendrai paėmus, Allan Hills branduoliai pabrėžia, kaip lokalios sąlygos gali netikėtai išsaugoti senovinius klimato įrašus. Jie taip pat sustiprina praktinę tiesą, kurią vertina lauko tyrėjai: vertingiausi archyvai dažnai randami ten, kur aplinka atrodo nepalanki — vietose, kur vėjas, šaltis ir laikas kartu sukuria sąlygas Žemės atminčiai išsaugoti.
Šis atradimas skatina platesnius tarpdisciplininius tyrimus, jungiančius ledynologiją, geochemines analizes, meteorologiją ir geofiziką, kad būtų išplėstas mūsų supratimas apie ilgalaikes klimato svyravimo priežastis ir pasekmes. Ilgalaikės vietinės monitoringo stotys ir palydovinė stebėsena papildys gręžinių duomenis, leidžiant sukurti išsamesnius modelius ir tiksliau prognozuoti ateities klimato scenarijus.
Šaltinis: sciencealert
Palikite komentarą