Поиск - новости науки и техники

Замороженные. Пылинки во льду расскажут о прошлом планеты.

Пыль есть везде. Она летает по вашей комнате, поднимается ветром в пустыне, уносится на тысячи километров и выпадает по всей Земле. Но некоторые люди снаряжают экспедиции и отправляются высоко в горы, достигают ледников, бурят их, добывают ледниковые керны, которые затем привозят в лабораторию. И все это для того, чтобы найти немного пыли. Зачем за пылью идти в горы? На этот вопрос отвечает сотрудник Института географии РАН кандидат географических наук Станислав Кутузов, получивший грант Президента РФ для молодых ученых.

– Что такое ледниковые керны? Какую информацию они содержат? 

– Ледниковые керны – это образцы льда цилиндрической формы, которые получают путем бурения на полярных и горных ледниках, – рассказывает Станислав Сергеевич. – Это своеобразные архивы информации. В них содержатся данные об изменении климата и окружающей среды в прошлом. Год за годом на поверхность ледников выпадает снег, и в этих слоях, как на страницах книги, записывается информация о температуре воздуха, количестве осадков, химическом составе и запыленности атмосферы, загрязнении окружающей среды и многом другом. От географического положения и локальных условий в данном месте зависит период времени, за который можно получить запись. И если в полярных ледниках, в Антарктиде и Гренландии, речь идет о сотнях тысяч лет, то на горных ледниках – это максимум десятки тысяч лет, а чаще всего несколько столетий, но зато с гораздо большим разрешением записи информации по времени.

Мы занимаемся изучением ледниковых кернов горных ледников, в том числе полученных на Эльбрусе. Здесь период времени намного меньше, так как выпадает много снега, и годовые слои большие. Преимущество ледниковой записи Эльбруса в высоком разрешении. То есть мы можем увидеть не только изменения климата за длительный период времени, но и отдельные годовые циклы для различных параметров. Более того, анализируя образцы льда, можно сказать, какие изменения происходили в отдельные сезоны. Скажем, как изменялось загрязнение атмосферы в зимний период или температура в летний. Поэтому эльбрусская запись содержит ценнейшую палеоклиматическую информацию.

Я участвовал во многих экспедициях по керновому бурению ледников в различных районах мира: Кавказ, Тянь-Шань, Камчатка, Тибет, Перу, Боливия. Эти экспедиции объединяет то, что мы работали на большой высоте. Самая высокая точка бурения располагалась выше 6700 метров. Буквально месяц назад мы бурили на леднике Илимани в Боливии, и буровая находилась на высоте 6300 метров. Конечно, работа на такой высоте связана с опасностями и трудностями. Если в полярные районы все необходимое можно доставить самолетами и вездеходами, то высокогорная экспедиция – это, как правило, альпинистское восхождение с тяжелым буровым и научным оборудованием. Но, в отличие от альпинистов, нам приходится жить и работать на высоте в течение нескольких недель, а иногда и месяцев. 

Почему мы работаем так высоко? Чтобы запись сохранилась в леднике без искажений, это должно быть такое место, где снег не тает круглый год. Потому что талые воды могут размыть всю климатическую информацию. Именно поэтому надо изначально выбрать точку бурения, где достаточно холодно и лед значительной толщины, чтобы запись охватывала большой период времени. Такие условия на ледниках неполярных районов соблюдаются только на больших высотах.

– Как вы извлекаете из кернов информацию о пыли? Зачем она нужна? 

– После бурения образцы льда доставляются в лабораторию, где мы их исследуем. Анализ содержания стабильных изотопов кислорода и водорода позволяет установить температуру формирования осадков. Химический анализ используется для датировки керна и определения трендов загрязнения атмосферы. Все исследования должны проводиться в чистых условиях, так как изначально концентрация различных соединений в ледниках низкая. Очень важно также не загрязнить образцы во время перевозки.

Кроме того, ледниковые керны исследуются на содержание радиоактивных изотопов. Дело в том, что после испытаний ядерного оружия в 1960-х годах на ледниках по всему миру остался горизонт (осадочный слой, имеющий одинаковый возраст) повышенной радиоактивности, при этом максимальный пик приходится на 1962-1963 годы. Таким образом, у нас есть точный временной маркер для датировки слоев. Помимо этого выделяются горизонты с повышенной кислотностью, которые образуются после вулканических извержений.

Нас также интересуют слои с повышенным содержанием пыли. Исследуя минералогический и химический состав минеральных частиц, можно установить их источник, то есть то место, где началась пыльная буря. Мелкие частицы, летающие в воздухе, играют важную роль в глобальной климатической системе. Для климатологов этот параметр крайне важен, так как пыль в атмосфере влияет на тепловой баланс планеты. Это происходит по двум причинам. Во-первых, пыль рассеивает и поглощает солнечное излучение. Во-вторых, пылинки служат центрами конденсации водяного пара в атмосфере и поэтому влияют на облачность.

Минеральные частицы пыли могут действовать как ядра конденсации водяного пара. Под атмосферной пылью в данном случае понимаются образования размером меньше 10-15 микрон. Эти маленькие частицы могут переноситься воздушными массами на большие расстояния: на сотни и тысячи километров. 

Основным источником пыли в мире являются пустыни, в частности Сахара. В результате сильных ветров минеральные частицы поднимаются в высокие слои атмосферы, переносятся на большие расстояния, а затем постепенно выпадают на поверхность как в сухом виде, так и с осадками. Атмосферная пыль влияет не только на природные процессы, но также и на жизнь человека. Известно, что многие респираторные заболевания связаны с большим количеством пыли в атмосфере. Частицы пыли часто содержат железо, важное питательное вещество во многих районах океана, поэтому, когда пыль выпадает в океане, она может действовать как удобрение для водорослей или фитопланктона. Содержание пыли в атмосфере не только влияет на климат, но и зависит от него: поступление вещества в атмосферу, перенос и осаждение связаны с климатическими условиями.

Благодаря исследованиям ледяных кернов Антарктиды и Гренландии, а также донных осадков мы знаем, что количество пыли в атмосфере во время ледниковых эпох и межледниковий изменялось более чем в 25 раз. Ледниковые периоды были холодные и сухие, с сильным ветром, в то время как межледниковья – более влажные, теплые и количество пыли в атмосфере снижалось.

Исследование пыли и ее влияния на климат выходит за рамки одной научной дисциплины. Эту проблему решают палеоклиматологи, геологи, гляциологи, биогеохимики, океанологи и многие другие специалисты. Одна из основных задач – это оценка и прогнозирование будущих изменений. Как изменится количество пыли в атмосфере в будущем в связи с потеплением климата? Как изменятся пути переноса пыли?

Наблюдения за пылью в атмосфере начались не так давно, а достоверные сведения о переносе пыли имеются лишь за последние 10-15 лет, благодаря спутниковым данным. Ледниковые керны служат уникальным архивом об изменчивости этого важного параметра в прошлом. Например, по данным керна ледника Геладайдонг в Тибете было установлено, что во второй половине XX века концентрация пыли в регионе была самой низкой за последние 500 лет. Были сделаны выводы, что это происходит вследствие изменения атмосферной циркуляции, вызванной потеплением климата. 

– Какие задачи вы планируете решить в рамках проекта? 

– Наш проект посвящен изучению ледникового керна Эльбруса. Керн длиной 182 метра (это суммарная длина всех кернов, размер которых примерно 0,5-1 метра, см. верхний снимок) был добыт на высоте 5100 метров в 2009 году. За прошедшие годы мы выполнили основные анализы. Проект позволит восстановить содержание пыли в атмосфере на Кавказе за последние 100 лет. Образцы льда будут проанализированы в лаборатории с помощью счетчика частиц. Концентрацию минеральных частиц определяем как в отдельные годы, так и по сезонам. 

Мы уже установили, что в последнее десятилетие количество пыли в керне максимально. Обнаружена связь концентрации пыли в керне Эльбруса с условиями увлажнения на Ближнем Востоке, в засушливых районах Сирии и Ирака. Этот регион крайне важен во многих отношениях. По нашим данным, засуха последних десятилетий является самой сильной как минимум за 150 лет. Керн Эльбруса – это пока единственный палеоархив, в котором содержится информация о засухах на Ближнем Востоке за несколько столетий. 

В рамках проекта мы сотрудничаем с институтами Российской академии наук. В Институте геологии рудных месторождений, петрографии, минералогии и геохимии исследуем минералогию частиц. Анализ изотопного состава проводит Лаборатория изменения климата и окружающей среды в Институте Арктики и Антарктики в Санкт-Петербурге. Мы также контактируем с геологическим и географическим факультетами Московского госуниверситета и с другими организациями. Химический анализ керна Эльбруса выполнен в Институте окружающей среды и наук о Земле в Гренобле. 

Наши планы связаны с необходимостью найти связи и объяснить причины долгопериодных изменений атмосферной пыли в регионе. Мы теперь понимаем, что количество пыли в нашем керне зависит от увлажнения в конкретном регионе Ближнего Востока, но открытым остается вопрос о том, какими изменениями атмосферной циркуляции вызвана засуха последних лет, от чего зависит изменчивость увлажнения окружающих Кавказ регионов. 

Предстоит выяснить устойчивость связей во времени. И тут как раз данные керна уникальны, так как никаких других сведений не существует. Недавно вышла статья, анализирующая спутниковые данные последних 15 лет. Обнаружена связь увлажнения в регионах Ближнего Востока и Тихоокеанской декадной осцилляции. Это переход к исследованию глобальных изменений атмосферной циркуляции. Но авторы указывают, что для проверки гипотезы необходим более длинный ряд наблюдений, которого пока нет. Надеемся, что благодаря анализу нашего ледникового керна мы сможем предоставить эту информацию.

Беседовал
Василий ЯНЧИЛИН

Иллюстрации
предоставлены С.Кутузовым

На верхнем снимке: керновое бурение на горе Уаскаран (Перу), 6100 м. 

Нижний снимок: На восточной вершине Эльбруса

 

Нет комментариев