Почему льды в Антарктиде появились раньше, чем в Арктике?
Арктика и Антарктида находятся на противоположных полюсах планеты, и оба региона покрыты льдами — но важно, что их ледяные шапки сформировались не одновременно. Портал theconversation.com рассказал о научной работе, чьи авторы выяснили, почему Антарктида оледенела гораздо раньше.
В Восточной Антарктиде находится крупнейший ледяной щит на Земле: он содержит достаточно воды, чтобы поднять глобальный уровень моря на 52 метра в случае полного таяния. Но ученые уже десятки лет не могут понять, как и когда сформировался этот щит.
По факту, перед ними стоят две загадки. Первая: Антарктида покрылась льдом примерно 34 млн лет назад, тогда как регион Арктики был свободным от льдов еще 25 млн лет. Конечно, в то время уровень углекислого газа в атмосфере сильно падал, что играло важную роль в снижении температур. Но если бы это был единственный фактор, то оба полюса должны были замерзнуть одновременно. Но они не — Антарктида почему-то заледенела первой.
А вторая загадка в том, что температура на поверхности воды в Южном океане оставалась неожиданно теплой даже в течение 10 млн лет после формирования ледяного щита. По идее, окружающие щит воды тоже должны были значительно остыть.
Так в чем причина? По мнению авторов научной работы, опубликованной в журнале Science, ответы скрыты глубоко под ледяными щитами — они в горах и медленном движении геологических сил, которые их создали.
История начинается около 170 млн лет назад, когда Антарктида и Африка были частью единого суперконтинента. Их разделение отправило Антарктиду по траектории в сторону Южного полюса и запустило мощную цепную реакцию глубоко под поверхностью. Дело в том, что при разделении континентов горячая материя из мантии планет накапливается под ними, остывает и проваливается вниз. Движение магмы дестабилизирует фундамент соседнего континента, что приводит к появлению цепочки нестабильностей, которые постепенно отрывают фрагменты его «корней».
На научном языке эти нестабильности называют термином «мантийные волны». Они проходят под континентами в течение миллионов лет, продираясь через тысячи километров горячей, липкой скалистой породы. У мантийных волн также есть свойство генерировать необъяснимые вспышки поднятия суши даже вдали от разломов, где континенты изначально отделились друг от друга.
Компьютерные симуляции позволили выяснить, какой эффект мантийные волны могли оказать на Восточную Антарктиду. Рядом с побережьем они сформировали большой склон высотой более двух километров. А на суше, в сотнях километров от побережья, мантийная волна удалила породу глубоко под континентом. Как воздушный шар, сбросивший баланс, масса суши медленно поднялась, что создало просторное плато. Причем поднятие породы продолжилось и дальше — оно продвигалось глубже в материк и достигло гор Гамбурцева за 100 млн лет. Сегодня этот горный хребет покрыт трехкилометровой толщей льда.
Высотность очень важна для формирования льда. Температура воздуха падает примерно на 1 градус Цельсия на каждые 100 метров высоты, поэтому даже сравнительно скромный подъем может сделать горный хребет местом вечной мерзлоты. До 50 млн лет назад большая часть гор Гамбурцева находилась на высоте ниже 1,5 км, что слишком низко для сохранения снега зимой. Но компьютерная симуляция показывает, что после этого момента мантийная волна дошла до горного региона и подняла его на высоту выше 2 км — достаточно, чтобы снега и льды накапливались круглый год.
Через 5 млн лет достаточно большая часть Антарктиды пересекла эту черту для формирования горных ледников. Примерно в то же время начал расти и ледяной щит: к моменту континентального оледенения глобальные температуры упали с максимума в 30 градусов Цельсия ближе к 20.
После появления горных ледников стартовали две петли обратной связи. Лед и снег отражают больше света, чем скалы, поэтому чем больше становился ледяной щит, тем сильнее он охлаждал окружающий регион. Помимо этого, охлаждение воздуха в Антарктиде снижало концентрацию ледяного пара — мощного тепличного газа. А сухой воздух, в свою очередь, накрывал регион изолирующим слоем, который позволял температуре падать еще ниже.
Примечательно, что глобальное похолодание на 1 градус не заморозило Арктику, поскольку материки в северном полушарии не пересекли высотную черту. Им на это понадобилось еще 25 млн лет, понижение уровня углекислого газа и еще одно похолодание. Только после этого в Арктике начали формироваться крупные ледяные щиты.