Даже в самый длительный холодный период на Земле сохранялись времена года

Фото из открытых источников

Согласно новым исследованиям, планета, покрытая льдом, всё ещё может испытывать смену времён года, климатические колебания и солнечные ритмы. На протяжении десятилетий учёные представляли себе Землю-снежный шар как длительную паузу в истории климата, когда движение и изменения застыли на месте. Результаты нового исследования опубликованы в журнале Earth and Planetary Science Letters.

В один из самых холодных периодов в истории Земли лед покрывал континенты, океаны и даже тропические регионы, что делает существенные климатические изменения практически невозможными.

Однако новое исследование, проведенное в Саутгемптонском университете, рисует гораздо более динамичную картину.

Древние горные породы из Шотландии демонстрируют повторяющиеся климатические закономерности, которые сохранялись даже во время глубокого глобального похолодания, показывая, что климатическая система никогда полностью не затихала.

Термин «Земля-снежный шар (снежок)» относится к экстремальным ледниковым периодам криогена (примерно 720–635 миллионов лет назад), когда ледники распространились до низких широт, а океаны по всему миру почти полностью замерзли.

Ранее ученые считали, что эти замерзшие условия прекращают контакт между воздухом и океаном, подавляя сезонные изменения и краткосрочные климатические циклы на протяжении миллионов лет.

Исследователи проверили эту идею, проанализировав тонкослоистые породы с островов Гарвеллах у западного побережья Шотландии, образовавшиеся во время стуртианского оледенения — глобального похолодания, длившегося около 57 миллионов лет.

Каждый тонкий слой, известный как варва, представляет собой осадочные породы, отложившиеся в течение одного года, создавая одну из самых длинных непрерывных годовых климатических записей, когда-либо обнаруженных в период оледенения «Земли-снежка».

Проведя измерения 2640 слоев в формации Порт-Аскайг, команда реконструировала ежегодные условия окружающей среды, выявив убедительные доказательства того, что климатические ритмы сохранялись даже во время глубокого глобального похолодания.

«Эти породы сохраняют весь набор известных нам сегодня климатических ритмов — сезоны, солнечные циклы и межгодовые колебания — все они функционируют во времена «Земли-снежка», — сказал профессор Томас Гернон. «Это говорит нам о том, что климатическая система обладает врожденной склонностью к колебаниям, даже в экстремальных условиях, при малейшей возможности».

Микроскопическое исследование показывает чередование светлых и темных слоев. Светлые слои образовались из крупнозернистых отложений в более теплые сезоны таяния.

Темные слои образовались из мелких частиц, осевших в холодные месяцы. Такая структура соответствует сезонным циклам замерзания и оттаивания.

Под толстым ледяным покровом вода оставалась спокойной и глубокой. Плавающий лед выделял осадок во время частичного таяния. Лед также переносил зерна, упавшие в воду по мере начала таяния.

Подобные закономерности убедительно подтверждают, что образование наносов происходит ежегодно, а не является случайным явлением.

«Эти камни необыкновенны. Они действуют как естественный регистратор данных, записывая год за годом изменения климата в один из самых холодных периодов в истории Земли», — говорит ведущий автор исследования Хлоя Гриффин. «До сих пор мы не знали, могла ли существовать изменчивость климата в таких масштабах во время периода «Земли-снежка», потому что никто не находил подобных свидетельств в самой зоне оледенения».

Статистический анализ толщины слоев выявил повторяющиеся климатические циклы, варьирующиеся от нескольких лет до десятилетий и даже столетий.

Многие из этих закономерностей точно соответствуют известным солнечным циклам, включая ритмы, обусловленные солнечными пятнами, в то время как другие напоминают колебания океана и атмосферы, подобные современным системам типа Эль-Ниньо.

Солнечная энергия, достигающая Земли, со временем незначительно меняется, поскольку циклы солнечной активности изменяют количество поступающего излучения. Даже небольшие колебания могут влиять на температуру, таяние льда и движение осадочных пород.

Геологическая летопись демонстрирует четкие сигналы, соответствующие как десятилетним, так и вековым солнечным ритмам, что позволяет предположить, что солнечный свет продолжал формировать климат Земли даже во время интенсивного глобального похолодания.

В совокупности эти результаты показывают, что климатические изменения не исчезли, а продолжались в меньших масштабах подо льдом.

В климатических моделях были протестированы различные условия «Земли-снежка». Полностью замерзший океан подавлял большую часть климатических движений. Однако даже небольшие участки открытых тропических вод позволяли климатическим колебаниям возобновиться.

«Наши модели показали, что для этого не нужны обширные открытые океаны. Даже ограниченные участки открытой воды в тропиках могут позволить функционировать климатическим режимам, подобным тем, которые мы наблюдаем сегодня, создавая сигналы, зафиксированные в горных породах», — говорит соавтор исследования Миньмин Фу.

Открытая вода обеспечивала обмен энергией между воздухом и океаном. Такое взаимодействие приводило к колебаниям температуры и циркуляционным моделям, аналогичным современным климатическим системам.

Климатические изменения не были доминирующими факторами на Земле-снежке. Имеющиеся данные указывают на короткие периоды активности, длившиеся несколько тысяч лет. Большая часть Земли-снежка оставалась чрезвычайно холодной и стабильной.

«Наши результаты показывают, что подобная изменчивость климата была скорее исключением, чем правилом», — объясняет Гернон. «Фоновое состояние Земли-снежного шара было чрезвычайно холодным и стабильным. Вероятно, мы наблюдаем кратковременное возмущение, длящееся тысячи лет, на фоне планеты, в остальном глубоко замерзшей».

Горные породы острова Гарвеллах входят в число наиболее хорошо сохранившихся в мире образцов геологической структуры «Земли-снежка». Их четкая слоистость и минимальное воздействие позволяют ученым изучать историю климата замерзшей планеты практически год за годом.

«Эти отложения — одни из наиболее хорошо сохранившихся образцов горных пород, характерных для эпохи «Земли-снежка», — говорит Элиас Руген. — Благодаря им можно прочитать историю климата замерзшей планеты, в данном случае — по годам».

Понимание таких экстремальных древних климатических условий помогает ученым оценить устойчивость планетарных климатических систем. Даже почти полное глобальное похолодание не остановило полностью климатические процессы, что дает важные уроки на будущее.

«Эта работа помогает нам понять, насколько устойчива и в то же время чувствительна климатическая система на самом деле», — говорит Гернон. «Она показывает, что даже в самых экстремальных условиях, которые когда-либо видела Земля, система может быть приведена в движение».