Исследователи обнаружили эти уникальные образцы донных отложений во время экспедиции на немецком исследовательском ледоколе RV Polarstern летом 2014 года. «Морской лед Арктики является очень важным и чувствительным компонентом глобальной климатической системы. Поэтому важно лучше понять процессы, контролирующие эти процессы. настоящие и прошлые изменения морского льда. В этом контексте одной из целей нашей экспедиции было извлечение длинных кернов отложений в центральной части Арктики, которые можно использовать для реконструкции истории морского ледяного покрова океана за последние 50 миллионов лет. в последнее время было доступно лишь очень небольшое количество кернов, представляющих такие старые отложения, и, таким образом, наши знания об арктическом климате и морском ледяном покрове несколько миллионов лет назад все еще очень ограничены », — сказал профессор д-р Рюдигер Штайн, геолог AWI, экспедиция — поясняет руководитель и ведущий автор исследования.
Ученые нашли идеальное место для извлечения кернов отложений на западном склоне хребта Ломоносова, большого подводного горного хребта в центральной части Арктики. «На этом склоне в прошлом, должно быть, происходили повторяющиеся гигантские оползни, которые привели к эксгумации древних отложений и скальных образований толщиной более 500 метров. Мы также были удивлены широким распространением этих шрамов от оползней, которые простираются на — протяженность более 300 километров, почти от Северного полюса до южной оконечности хребта на сибирской стороне », — поясняет Рюдигер Штайн.Ядро отложений представляет собой уникальный климатический архив
В течение двух дней он и его команда взяли 18 кернов отложений из этого узкого участка на хребте Ломоносова на борту исследовательского судна Polarstern. Хотя извлеченные керны осадков были всего от четырех до восьми метров в длину, один из них оказался именно одним из тех климатических архивов, которые ученые искали долгое время. «С помощью определенных микрофоссилий, так называемых динофлагеллят, мы смогли однозначно установить, что нижняя часть этого ядра состоит из отложений возрастом примерно от шести до восьми миллионов лет, тем самым проследив его геологическую историю до позднего миоцена. С помощью так называемых «климатических индикаторов или косвенных индикаторов» это дало нам уникальную возможность реконструировать климатические условия в центральной части Северного Ледовитого океана за период времени, по которому была доступна только очень расплывчатая и противоречивая информация », — говорит Стейн.Некоторые ученые придерживались мнения, что центральная часть Северного Ледовитого океана уже была покрыта плотным морским льдом круглый год от шести до десяти миллионов лет назад — примерно в той же степени, что и сегодня.
Результаты нового исследования противоречат этому предположению. «Наши данные ясно показывают, что шесть-десять миллионов лет назад Северный полюс и вся центральная часть Северного Ледовитого океана должны были фактически быть свободными ото льда летом», — говорит Стейн.
Биомаркеры, сохраненные на морском дне, позволяют заглянуть в прошлое климатаЭто утверждение основано на исследованиях органических соединений (так называемых биомаркеров), которые были продуцированы определенными организмами, которые жили в то время в Северном Ледовитом океане, и которые сохранились в осадочных отложениях. Исследователям удалось выделить из отложений две такие группы маркеров:«Первая группа биомаркеров получена из углеродсодержащих водорослей, которые обитают в поверхностных водах, т.е. им нужна открытая вода, и, будучи растениями, они зависят от света.
Поскольку в центральной части Северного Ледовитого океана солнечный свет доступен только в весенние и летние месяцы и является смолой. — в остальное время темно, данные, полученные из этих углеродистых водорослей, дают нам информацию о состоянии поверхностных вод в летний период », — говорит Стейн.Кроме того, эти углеродистые водоросли производят различные биомаркерные соединения в зависимости от температуры воды. «Эти молекулы позволили нам оценить, что температура поверхностных вод Северного Ледовитого океана составляла примерно от 4 до 9 градусов Цельсия в позднем миоцене. Поскольку эти значения намного выше нуля, это явное указание на то, что летом существовали свободные ото льда условия. , — говорит ученый.
Однако, как показывает вторая группа биомаркеров, Северный Ледовитый океан не был свободен ото льда круглый год. Он образован специфическими диатомовыми водорослями, обитающими во льдах арктических морей.
Рюдигер Штайн: «Объединив наши записи данных о температуре воды на поверхности и о морском льду, мы теперь можем впервые доказать, что шесть-десять миллионов лет назад центральная часть Северного Ледовитого океана летом была свободна ото льда. с другой стороны, весной и предыдущей зимой океан был покрыт морским льдом. Сезонный ледяной покров вокруг Северного полюса, должно быть, был таким же, как в современных окраинных морях Арктики ».
Новые климатические данные помогают улучшить климатические моделиЭти новые результаты истории климата Северного Ледовитого океана, восстановленные на основе данных об отложениях, дополнительно подтверждаются моделированием климата, как показали разработчики моделей AWI, участвовавшие в этом исследовании.
Однако это применимо только в том случае, если мы предположим относительно высокое содержание углекислого газа в атмосфере, равное 450 ppm. Если бы климатические модели были запущены с использованием значительно более низкого содержания углекислого газа, примерно 280 ppm, как постулируют некоторые исследования для позднего миоцена, то свободную ото льда Арктику моделировать невозможно. Было ли содержание углекислого газа в миоцене действительно относительно высоким или чувствительность модели слишком мала для моделирования величины потепления в высоких широтах в более теплом, чем современный климат, в настоящее время является предметом дальнейших международных исследований. Одна из главных целей здесь — улучшить предсказательную способность климатических моделей.
Рюдигер Штайн: «Как только наши климатические модели будут способны надежно воспроизводить температуру поверхностных вод и морской ледяной покров за более ранние периоды, мы также сможем и дальше улучшать климатические модели для лучшего прогнозирования будущего изменения климата и состояния морского льда в центральная часть Северного Ледовитого океана — серьезная проблема для всех нас на ближайшие годы ».Планируется дальнейшее научное бурение на хребте Ломоносова
Несмотря на выдающиеся результаты и сопутствующую им эйфорию, участвующие ученые согласны с тем, что это был всего лишь первый шаг и что за ним должны последовать другие важные шаги. «Хотя наши новые керны отложений дают нам невероятное первоначальное представление о ранней истории климата Арктики, эти климатические записи все еще очень неполны. Чтобы полностью разгадать великую тайну истории климата Арктики за последние 20–60 миллионов лет, нам нужны гораздо более длинные непрерывные толщи отложений, которые можно получить только путем бурения. На 2018 год запланирована арктическая буровая экспедиция (которая по-прежнему является серьезной научно-технической проблемой для морских геолого-геофизических исследований) в районе наших исследований на реке Ломоносов.
Ridge, и это будет проводиться в рамках международной программы бурения IODP (International Ocean Discovery Program). Предварительные исследования, проведенные нашей экспедицией Polarstern, сыграли значительную роль в выборе точных мест бурения ", — сказал Рюдигер Штайн, который будет — быть одним из руководителей экспедиций кампании IODP в 2018 году, — объясняет.