Самый холодный континент на Земле когда-то был таким же теплым, как Италия. Вот как мы узнали об этом.
Автор: Дэниел А. Гросс
Недалеко от Южного полюса, более чем в полумиле под океаном, в регионе, который когда-то был покрыт льдом, слой древних окаменелостей рассказывает удивительную историю о самом холодном континенте на Земле. Сегодня на Южном полюсе средняя зимняя температура составляет 25 градусов по Цельсию ниже нуля. Но примерно 90 миллионов лет назад, как показывают окаменелости, в Антарктиде было тепло, как в Италии, и ее покрывали зеленые просторы тропических лесов.
«Это было захватывающее время для Антарктиды» — рассказывает Vox Йоханн П. Клагес, морской геолог, помогавший обнаружить окаменелости. «По сути, это был последний раз, когда весь континент был покрыт растительностью и, возможно, дикой природой — динозаврами и всем остальным».
Бесстрашные полярные ученые, такие как Клагес, работающий в Институте полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера в Бремерхафене, Германия, открывают новые стороны Антарктиды, которую мы знаем сегодня. В апрельском номере журнала Nature за 2020 год он и 39 его коллег описали сети окаменелых корней деревьев, которые они подняли с морского дна в 2017 году. Они свидетельствуют о том, насколько сильно изменился полярный климат со времен «супертеплицы» мелового периода — и, возможно, насколько сильно он может измениться снова.
Даже после выхода этой статьи антарктические сюрпризы продолжают поступать. В октябре бразильская исследовательская группа объявила о том, что на острове Джеймса Росса, расположенном в сотнях миль к югу от Южной Америки, были найдены кусочки древесного угля возрастом 75 миллионов лет. В журнале Polar Research исследователи пришли к выводу, что «палеопожары», которые были распространены в остальном доисторическом мире, выжигали и Антарктический полуостров. «Это захватывающая работа», — говорит Клагес. «Это первое доказательство существования этих лесных пожаров».
Поскольку изменение климата приводит к потеплению Антарктиды и сокращению ее огромного ледяного щита, многие ученые задаются вопросом, может ли история повториться. Но сравнительно немногие исследовательские группы располагают инструментами для работы в месте, где айсберги размером с Титаник бороздят океан.
Я встретился с Клагесом на научном саммите Falling Walls в Берлине, чтобы поговорить о том, как его команда проводила исследования с борта Polarstern, исследовательского ледокола, который переводится как «Северная звезда» и регулярно перевозит около 50 ученых и 50 членов экипажа в Арктику и Антарктику. Он рассказал мне о месте, где его команда бурила морское дно — области, где геология каким-то образом сохранила слои 90-миллионнолетних отложений, или «пласты», в пределах досягаемости их огромного и мощного бура.
Эти слои, по его словам, похожи на страницы книги. «Вы идете по страницам; вы идете по истории» — отмечает он. Ниже – фрагмент нашей беседы.
Дэниел Гросс: не могли бы вы рассказать мне немного о самом путешествии 2017 года?
Йоханн Клагес: все антарктические экспедиции, в которых я принимал участие, чрезвычайно увлекательны, потому что куда бы ты ни отправился, обычно это происходит впервые. Это как белое пятно на карте. Каждый раз, когда мы отправляемся туда, мы открываем для себя что-то новое. Polarstern — один из крупнейших исследовательских ледоколов в мире, он может пробивать толстый лед. Это позволяет ему достигать мест, которые обычно недоступны для других судов. Летом в Северном полушарии он обычно находится в Арктике, а летом в Южном полушарии — в Антарктике.
Этот круиз был интересен тем, что мы впервые опробовали специальную буровую установку для бурения морского дна. Она огромная. Весит почти 10 тонн. Для ее транспортировки требуется семь 20-футовых контейнеров с оборудованием. В настоящее время на планете имеется только две такие установки. Они были разработаны и построены в Бремене, Германия, в Центре наук о морской среде (MARUM).
Для этой буровой установки нужны особые условия. Она располагается на морском дне и соединена длинным кабелем, в данном случае около 1 000 метров, для подачи электроэнергии и стекловолоконным кабелем, обеспечивающим связь. У нас есть восемь HD-камер, которые наблюдают за каждым шагом. Мы, ученые, стоим позади техников, потому что они специалисты, в коммуникационном контейнере со всеми экранами, на которых видно, что происходит.
Даниэль Гросс: это должно быть похоже на кабину самолета.
Йоханн Клагес: да, или как в Хьюстоне, когда взлетают ракеты. Это очень захватывающе. При бурении мы знаем, что никто раньше не видел этот материал.
Это также очень волнительно, потому что морской лед, дрейфующий в сторону корабля, означает конец кабеля. Отмена бурения занимает пять-шесть часов. Поэтому мы сотрудничаем с немецким аэрокосмическим центром, и каждый день получаем снимки высокого разрешения того конкретного места, где проводим бурение. Также у нас на борту есть два вертолета. Мы облетаем вокруг судна, чтобы убедиться в отсутствии морского льда.
На одно конкретное место требуется от 30 до 50 часов работы. Таким образом, следует заранее убедиться, что все пройдёт относительно гладко.
Нам пришлось бурить через 25 метров песчаника, который всегда хуже всего бурить, особенно когда есть вода, потому что он крошится и рассыпается. Это очень раздражает. Буровая бригада хотела отменить бурение из-за песчаника и из-за того, что надвигался лед. Мы должны были принять решение. Я думаю, что до льда оставалось восемь или девять часов.
Дэниел Гросс: почему вы бурили именно там?
Йоханн Клагес: потому что во время прошлых экспедиций с помощью геофизических методов, направленных вглубь морского дна, мы увидели, что геологические пласты были как бы наклонены.
Даниэль Гросс: а это говорит о том, насколько он древний.
Йоханн Клагес: именно так. Если пласты наклонены, значит, какой-то более крупный тектонический процесс поднял их вверх. Затем лед размыл его, так что эти пласты находятся так близко к поверхности — всего в нескольких метрах под поверхностью.
Дэниел Гросс: является ли бур чем-то вроде соломинки, поскольку он удерживает осадочные породы на месте при бурении?
Йоханн Клагес: да, есть внутренний и внешний ствол. В нижней части находится алмазная буровая головка. В буровой установке для морского дна есть два магазина — один с пустыми бочками, другой с заполненными. Вы вытаскиваете внутренний ствол через каждые 3,5 метра. Затем мы идем и забираем материал у техников. Это был первый момент, когда мы поняли, что у нас есть что-то особенное, потому что он был такого цвета, какого мы никогда не видели в Антарктиде. Очень темно-коричневый и очень мелкозернистый.
На поверхности, время от времени, можно было увидеть черные пятна. Мы все задавались вопросом: что это за черные пятна? Должно быть, что-то органическое.
Мы решили пробурить еще один участок, то есть 3,5 метра, а потом уехать. И в этих 3,5 метрах оказались те самые захватывающие пласты. Если бы мы этого не сделали, там не было бы ничего интересного, на самом деле. Это и сыграло решающую роль.
Это всегда сочетание знаний и хороших условий, но есть еще две вещи: удача и интуиция. Если вы не следуете им, то вам вообще не стоит туда ехать.
Мы вернулись домой. Ядра вернулись домой через пару недель, их доставили на Polarstern. Затем мы решили отправиться в больницу, с которой мы сотрудничаем, где есть компьютерные томографы (КТ). Когда мы впервые увидели данные КТ, то поняли, что у нас есть нечто особенное. Это была взаимосвязанная сеть ископаемых корней.
Дэниел Гросс: имелись ли свидетельства растительной жизни в Антарктиде до вашего появления?
Йоханн Клагес: да, но все эти свидетельства находились на расстоянии от 1000 до 1500 километров дальше на север. Не было никаких свидетельств вблизи Южного полюса. Мы реконструировали эту среду всего в 900 километрах от Южного полюса.
Никто толком не знал, каким был климат в период «супертеплиц» вблизи Южного полюса. Но это именно то, что вам нужно, когда вы хотите узнать суровость того или иного климата в прошлом Земли. [В настоящее время полюса нагреваются гораздо быстрее, чем остальная часть планеты, и по мере таяния полярных льдов глобальное потепление ускоряется]. Именно это мы можем выявить с помощью данного исследования.
Проблема в Антарктиде сейчас заключается в ледяном щите. Конкретное место, где мы проводили бурение, было покрыто толщей льда в течение миллионов лет, но поскольку сейчас мы находимся в межледниковом периоде, лед отступил настолько, что стало возможным добраться до него и провести бурение.
Дэниел Гросс: не могли бы вы описать, что происходило в атмосфере в то время, что могло создать такие условия?
Йоханн Клагес: это был последний вопрос, который мы задали себе. Такая разнообразная среда с такими мягкими температурами — температурами, которые сегодня есть, например, в Северной Италии. Что необходимо для поддержания таких условий в течение длительного периода времени 90 миллионов лет назад?
Поэтому мы пригласили в нашу команду специалистов по моделированию климата. Они пришли к выводу, что [концентрация углекислого газа] должна составлять не менее 1100 частей на миллион CO2, что в четыре раза превышает доиндустриальный уровень [концентрацию CO2 до промышленной революции]. Это было необходимо, по крайней мере для того, чтобы соответствовать условиям, которые мы реконструировали.
Мы знали, что этот период был самым теплым за последние 145 миллионов лет. Теперь у нас были гораздо более точные данные о содержании CO2.
У модели все еще есть проблема: она не может достаточно хорошо смоделировать градиент между нижними и высокими широтами. Теперь мы знаем, что градиент был очень небольшим.
Дэниел Гросс: так что, скорее всего, климат в то время был более жарким, но более ровным.
Йоханн Клагес: да! Это то, что модели сейчас не могут сделать правильно — смоделировать этот градиент. Значит, в моделировании есть ошибка.
Именно это теперь имеет значение для будущего климата, если мы перейдем в будущее с высоким содержанием CO2. Мы делаем это прямо сейчас. Мы находимся на уровне 420 частей на миллион CO2, что-то около этого. Если мы перейдем к будущему с высоким содержанием CO2, мы знаем, что модели испытывают трудности. Это шанс использовать моменты прошлого Земли для калибровки этих моделей, чтобы улучшить их предсказательные возможности на завтра.
Дэниел Гросс: и прогнозы, которые начинают делать ваши коллеги, говорят о том, что это очень тревожно — но само наличие ледяного щита может защитить нас?
Йоханн Клагес: да. Нам очень повезло, что у нас есть лед, и что две большие области нашей планеты покрыты постоянной ледяной массой: Гренландия и Антарктида. У вас есть этот процесс самоохлаждения. У вас есть гигантское зеркало, которое посылает коротковолновое излучение, которое приходит, обратно в космос. Если оно исчезнет, то преобразуется в тепло.
Это то, что мы не должны принимать как должное. Лед исчезает. Каждый год мы ездим туда и видим. [Мы думаем] «Боже мой — теперь это действительно происходит быстро». Происходящие быстрые изменения беспрецедентны, насколько нам известно, в геологическом прошлом.
Сейчас мы проводим большой эксперимент. Мы берем ископаемое топливо из земной коры, которое откладывалось в течение миллионов лет и обычно выбрасывалось обратно в атмосферу в течение миллионов лет, но мы сделали это в течение 150 лет. Бум. Такого никогда не случалось раньше. Это имеет огромное влияние.
Это то, что мы должны учитывать, когда говорим о будущем — начать изучать то, через что планета уже прошла в своей истории. Это единственный шанс, который у нас есть. Речь идет не о защите окружающей среды — речь идет о защите человека. Речь идет о нас.
Дэниел Гросс: когда вы собирались стать морским геологом, думали ли вы когда-нибудь, что в итоге займетесь исследованием чего-то столь важного — будущего нашего климата?
Йоханн Клагес: нет. это разные вещи. Я был просто очарован планетой и ее историей. Нам повезло, что мы являемся ее частью. Но это конкретное открытие — если бы кто-то рассказал мне эту историю три года назад, я бы рассмеялся. Я никогда не думал, что это окажет такое влияние.
Оригинал: Vox
