Ледниковые периоды Земли обычно воспринимаются как бесконечные периоды сильного холода. Но новое исследование предполагает, что выбросы углекислого газа (CO2) часто проникали в атмосферу в это время, обеспечивая десятилетия или даже столетия относительного тепла на фоне периодов холода продолжительностью в 10 000 лет. Такие пульсации могли вызвать некоторое отступление ледников и ледяных щитов, открыв тем самым новые территории для растений и животных.

Исследователи могут отслеживать колебания содержания CO2 в атмосфере, глядя на ледяные керны, пробуренные в Антарктиде, Гренландии и некоторых высоких горах в более низких широтах. Ядра содержат захваченные пузырьки воздуха, поскольку пушистый снег спрессован в лед под весом более новых, более свежих вышележащих слоев.

Некоторые из этих климатических хроник насчитывают сотни тысяч лет. Но данные с высоким разрешением, отслеживающие изменения в столетнем масштабе или более короткие, отсутствовали, отчасти из-за загрязнения от методов, используемых для извлечения CO2 изо льда.

В новом исследовании Кристоф Нербасс-Алес, физик-климатолог из Кембриджского университета, и его коллеги придумали способ извлечения CO2 из древнего льда, который примерно в три раза точнее, чем предыдущие методы. Разработанная ими технология измельчения льда не предполагает трения между металлическими частями, которые могут быть источником свежего CO2. Новый подход позволил им измерить концентрацию CO2 с точностью до одной миллионной доли.

Затем группа Нербасс-Алеса проанализировала части ледяного керна длиной 3,5 км, пробуренного в одной из самых высоких точек восточной Антарктиды. Их образцы фиксируют время между 330 000 и 450 000 лет назад — интервал, который включает один полный ледниковый период, а также периоды потепления с обеих сторон. В среднем каждая точка данных отделялась от своих соседей примерно на 300 лет, что в четыре-шесть раз лучше во временном разрешении по сравнению с предыдущими исследованиями.

Через 120 000-летний интервал исследователи выявили восемь эпизодов, когда уровень CO2 быстро повышался. Семь из этих восьми импульсов длились более 100 лет, и в течение шести из них уровень CO2 поднялся более чем на девять частей на миллион, сообщают исследователи сегодня. (Для сравнения, до того, как человеческая деятельность начала перекачивать в воздух большие количества CO2 в начале промышленной революции, среднее глобальное содержание CO2 в атмосфере составляло около 280 частей на миллион.)

Ранее исследователи наблюдали скачки концентрации CO2 в столетнем масштабе только по образцам льда, представляющим поздние стадии последнего ледникового периода. Так что, по словам Нербасс-Алес, обнаружение их во льду, который накапливался в теплый межледниковый период, было неожиданностью.

Новый анализ команды показывает, что климат Земли «может меняться намного быстрее, чем мы думали ранее», — говорит Шон Маркотт, палеоклиматолог из Университета Висконсина, Мэдисон, который не принимал участия в новом исследовании. В результате сдвиги в экосистемах, хотя и кратковременные, могли быть глубокими.

Нербасс-Алес и его коллеги предполагают, что скачки содержания CO2 в атмосфере являются результатом изменений конвейерной ленты океанских течений в Атлантическом океане. Когда Гольфстрим ослабевает, это теплое течение приносит меньше тепла в воды Северной Атлантики. Эти изменения температуры поверхности моря, в свою очередь, вызывают изменение погодных условий в тропиках, вызывая сокращение заболоченных территорий, говорит Нербасс-Алес. Богатый углеродом материал, хранящийся в этих ранее заболоченных зонах, затем разлагается, посылая импульс CO2 в воздух, чтобы согреть климат.

В наше время эти древние импульсы не были бы впечатляющими: скачок концентрации CO2 на 10 частей на миллион, который в доиндустриальные времена мог происходить за 100 или более лет, в наши дни может произойти всего за 4 или 5 лет.

Тем не менее, Маркотт говорит: «С моей точки зрения, обнаружение этих быстрых скачков в CO2 весьма увлекательно». Результаты команды показывают, что внезапные импульсы выбросов CO2 возникают не только по мере уменьшения ледникового периода, но и могут возникать в любой момент цикла ледникового периода.