Цивилизация
— В чем заключалась основная цель вашей работы?
— Целью нашей работы, статья по итогам которой опубликована в последнем номере журнала Science, было восстановить историю сибирской многолетней вечной мерзлоты с помощью известковых отложений в пещерах — сталактитов и сталагмитов. Мы выяснили, как изменялась южная граница сплошной многолетней мерзлоты во времени и в пространстве (то есть когда эта граница находилась севернее или южнее, чем сегодня) в зависимости от средней глобальной температуры,.
— Как изменение климата сказывается на росте сталактитов и сталагмитов?
— Известковые отложения формируются только тогда, когда вода от дождей и тающего снега проникает в пещеры через трещины в потолке. Она просачивается через породу, отчасти растворяет ее и затем откладывает в виде сталактитов и сталагмитов. Понятно, что этот процесс протекает только тогда, когда температура почвы выше ноля:
если через вечную мерзлоту вода не фильтруется, в этом случае она не проникает в пещеру — процесс роста сталактитов и сталагмитов не происходит.
Кроме того, мы изучили более южные пещеры – в Монголии, в пустыне Гоби. Там вечной мерзлоты нет, но рост сталактитов и сталагмитов также не происходит постоянно, так как климат пустыни очень сухой и в почве также нет воды.
Таким образом,
сталактиты и сталагмиты не растут в пустынных либо в слишком холодных районах. В Сибири периоды их роста отмечают теплые периоды, когда вечная мерзлота оттаивала, а в пустыне – влажные периоды, когда пустыня переставала существовать.
— Где проводились исследования?
— Мы изучили Ледяную Ленскую пещеру в Якутии (60-я параллель), Ботовскую пещеру в Иркутской области (55 градусов северной широты) и Охотничью пещеру на озере Байкал (52 градуса северной широты).
Две последние пещеры сейчас находятся в островной, прерывистой мерзлоте, поэтому сейчас там есть места, где внутрь проникает вода и растут сталактиты и сталагмиты. Ледяная Ленская пещера находится в постоянной вечной мерзлоте, сейчас там сталактиты и сталагмиты не растут, в пещере есть лед.
— Как определялся возраст отложений?
Мы датировали сталагмиты и сталактиты с помощью урано-ториевого метода. Этот метод очень хорошо работает на возрастах до полутора миллионов лет. Когда сталактит растет из чистой воды — это чистый карбонат кальция, кальцит или арагонит. Кристалл растет, и в его состав входит уран, но не торий. Торий появляется позже, только от радиоактивного распада урана. Он накапливается до тех пор, пока скорость его распада не становится равной скорости его накопления. Это происходит примерно через полмиллиона лет. До этого момента разница в скорости образования и распада тория и дает возраст отложения. Так можно определять даты до 550 тыс. лет назад, и нам это прекрасно подходило в контексте данного исследования. Если мы начнем работу с более древними отложениями, нам придется пользоваться другими методами.
Но в наших диапазонах дат ошибка для чистого кальцита очень мала – от нескольких десятых процента до пяти процентов (ошибка больше для старых отложений, на границе чувствительности метода).
Мы разрезали сталактиты и сталагмиты вдоль оси их роста. На среде визуально наблюдаются слои роста и перерывы в росте. Перерыв в росте – это период вечной мерзлоты, а слой роста кальцита – период, когда мерзлоты не было. Мы датировали низ и верх каждого слоя, чтоб узнать, сколько продолжался период роста.
— Для разных пещер периоды оказались разными?
— Да. В Ледяной Ленской пещере единственный эпизод оттаивания, очень короткий, пришелся на около 400 тыс. лет назад. В более поздние периоды сталактиты не росли, была сплошная мерзлота. Южнее, ближе к озеру Байкал, оттаивание происходило в каждый межледниковый период – не только 400 тыс. лет назад, но и 330, 200, 120 тыс. лет назад. И сейчас, последние 10 тыс. лет, в голоцен, последний межледниковый период, таяние тоже происходит.
Мы стали смотреть на другие исследования, чтобы понять, что же такое произошло 400 тыс. лет назад, что мерзлота отступила так далеко на север. Чтобы понять, какой тогда был климат, мы воспользовались записью глобальных температур, полученной из исследований палеоклимата в тропической части Тихого океана.
В этой области изменения температур поверхности моря считаются самыми точными индикаторами изменения средней температуры Земли.
— Как узнать, какова была средняя температура воды в океане полмиллиона лет назад?
— Их изучают по донным отложениям останков фораминифер – мельчайшего одноклеточного планктона. Они имеют внешний кальцитовый скелет (раковину), в котором соотношение магния и кальция меняется пропорционально температуре воды на поверхности океана. То есть в дне океана бурят скважину, вытаскивают керн и послойно изучают. Так можно получить температуру с ошибкой всего в полградуса.
— Какой же была температуре 400 тыс. лет назад?
— Очень высокой. Тогда она на полтора градуса превышала температуру современного преиндустриального периода – XIX века. То есть даже при таком небольшом превышении сплошная вечная мерзлота начинает таять. Рост сталагмитов прекращается только тогда, когда мерзлота сплошная. А сегодня Ледяная Ленская пещера расположена, конечно, на сплошной мерзлоте, но не далеко на севере, а на самой ее границе. Это говорит нам о том, что рост в полтора градуса – это пограничная точка, после которой сплошная мерзлота Сибири начинает таять.
И именно тот же период был единственным влажным периодом в Монголии за последние полмиллиона лет, согласно сталактитами в пещере в пустыне Гоби. В этот теплый период климат там стал влажнее.
Таким образом, среднее увеличение температуры Земли очень сильно влияет на климат во внутренних частях Азии – и на таяние мерзлоты, и на осадки в засушливых частях. Даже небольшой прогрев опасен — это надо принять во внимание и с точки зрения жизнедеятельности людей на Крайнем севере. Сегодня на мерзлоте построены дома, дороги, инфраструктура газовых месторождений. Полтора градуса могут стать отправной точкой для проблем в безопасности этих объектов.
— Расскажите об участии российских ученых и их вкладе в работу.
— Мои коллеги из Института земной коры — это аспирант Оксана Гутарева и кандидат наук Александр Кононов. Оксана Гутарева добыла грант от российского Фонда фундаментальных исследований, который помог финансировать экспедиции в Сибири. Оксана и Александр участвовали в экспедициях, вели мониторинг температур в пещерах, собрали часть образцов, пробы осадков и воды в пещерах, исследовали минералогию образцов с помощью рентгеновского дифрактометра. Кроме того, они были ответственными за оформление разрешений и виз для британских и швейцарских коллег.