Ученые выдвинули идею, которая объясняет увеличение продолжительности циклов оледенения с 41 до 100 тысяч лет около миллиона лет назад. Данное климатическое изменение может быть связано с замедлением вертикального перемешивания в Южном океане, который объединяет омывающие Антарктиду воды. Результаты опубликованы в журнале Science.

Изменения климата на Земле на протяжении последних 2,6 миллионов лет в первую очередь характеризуются циклической сменой ледниковых периодов и межледниковий. Считается, что эта периодичность определяется постепенными повторяющимися вариациями в количестве солнечного света вследствие эволюции орбиты и наклона оси вращения планеты. Отклики в наземных системах, такие как перемены концентрации парниковых газов в атмосфере и колебания занимаемой ледниками площади в Северном полушарии, усиливают данный эффект.

Однако в середине плейстоцена между 0,7 и 1,25 миллиона лет назад произошло значительное удлинение ледникового цикла с 41 до 100 тысяч лет. Этот факт получил название «проблемы 100 000 лет», так как в колебаниях количества поступающей на Землю солнечной энергии есть периоды около 100 000 лет, но их влияние незначительно по сравнению с другими периодами в 21 и 40 тысяч лет. Вместе с увеличившейся продолжительностью изменились и другие параметры циклов: холодные периоды стали еще холоднее, а атмосферная концентрация углекислого газа в это время стала меньше еще на 40 частей на миллион, что увеличило разницу между ледниковым периодом и межледниковым в два раза. Задача исследования данного периода осложняется нехваткой геологических данных, детально покрывающих весь интересующий ученых промежуток времени.

Адам Хазенфрац (Adam Hasenfratz) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха и его коллеги представили результаты анализа температуры и солености приповерхностных и глубоководных областей Южного океана на протяжении последних 1,5 миллионов лет. Используя отношение концентраций магния и кальция, а также изотопный состав кислорода в ископаемых раковинах одноклеточных организмов фораминифер, авторам удалось восстановить историю изменений вертикальной циркуляции воды в течение периода смены продолжительности ледниковых периодов.

Циркуляция воды в океане обеспечивает транспорт тепла, питательных веществ и углерода в виде различных соединений. В случае Южного океана основным фактором являются постоянно дующие с востока на запад в Южном полушарии ветра, которые толкают воду у поверхности ближе к экватору и позволяют богатой питательными веществами и растворенным углеродом воде из глубины подниматься. Однако Южный океан играет особую роль, так как, в отличие от других океанов, поднимающиеся из глубины вещества не полностью усваиваются фитопланктоном из-за нехватки железа и меньшего количества солнечного света. Следовательно, изменения в циркуляции Южного океана могут значительно повлиять на распределение углерода между водой и атмосферой.

Ученые пришли к выводу, что в это время вода в глубинах начала застаиваться, а не поверхности становится менее соленой, что говорит о возрастании стратификации океана, то есть разделения его толщи на слои с различными свойствами. В результате растворенный в глубинных водах углекислый газ перестал попадать к поверхности, что уменьшило его концентрацию в атмосфере. Вследствие этого ледниковые периоды продолжались вопреки влияющим на климат орбитальным факторам.

Про оценку антропогенной нагрузки на климат, которая связана с текущими рекордными для последних 800 000 лет показателями атмосферной концентрации углекислого газа, мы подробно писали в материале «Наследили».