Ученые выяснили, что за последние 200 лет скорость накопления снега в Антарктиде увеличилась на 24%. Такой рост связан с тем, что по мере потепления климата на континенте увеличивается количество осадков. Поскольку вода, поступающая в океан при таянии ледников, с осадками возвращается в Антарктиду в виде снега, это гипотетически может отчасти скомпенсировать подъем уровня Мирового океана. Полученные данные позволят уточнить прогнозы подъема воды в морях, связанного с изменением климата. Результаты исследования, поддержанного грантом Президентской программы Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Nature Communications.
Потепление климата приводит к ускоренному таянию антарктических ледников, что способствует повышению уровня воды в Мировом океане. Поскольку это может повлечь за собой затопление многих прибрежных территорий, ученые пытаются спрогнозировать, насколько значительными будут изменения уровня моря. Чтобы корректно их оценить, нужно учитывать не только таяние ледников, наблюдаемое на побережье Антарктиды, но и связанные с изменением климата процессы, которые происходят в центральной части континента. В частности, повышение температуры приводит к тому, что на материк с теплым воздухом приносится все больше влаги, которая выпадает обильными осадками в виде снега. С ними в Антарктиду возвращается часть той воды, которая попала в Мировой океан при таянии ледников, и это может скомпенсировать скорость подъема уровня воды. Однако до сих было очень мало данных о том, насколько увеличилось накопление снега в Антарктиде за последние столетия.
Ученые из Арктического и антарктического научно-исследовательского института (Санкт-Петербург) с коллегой из Шаньдунского педагогического университета (Китай) в ходе экспедиции на российскую антарктическую станцию Восток в 2016–2019 годах извлекли из-под поверхности ледника три керна — вертикальных «столбика» льда длиной около 70 метров каждый. Такие образцы позволяют определить свойства льдов, которые откладывались на протяжении тысячелетий, и условия, в которых они формировались.
«Когда в Антарктиде выпадает снег, он откладывается на поверхности ледника и скапливается в течение сотен тысяч лет. Со временем этот снег уплотняется и превращается в лед. Если проанализировать толщину, химический и изотопный состав образующихся таким образом ледяных слоев, можно узнать скорость накопления снега на материке и даже определить, как менялась температура воздуха над континентом в разные периоды», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Алексей Екайкин, кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Арктического и антарктического НИИ.
Сначала ученые выделили слои, в которых содержались специфичные для крупных извержений вулканов соединения — в частности, сульфаты. Например, в 1992 году было извержение филиппинского вулкана Пинатубо, а в 1964 — вулкана Агунг в Индонезии. Соответствующие этим годам слои керна содержали большие концентрации сульфатов, чем соседние, и поэтому исследователи отталкивались от них при определении возраста других ледяных слоев.
Авторы сопоставили толщину слоев керна и их возраст и рассчитали, сколько снега скапливалось в Антарктиде в разные периоды времени на протяжении последних 2200 лет. Оказалось, что с 168 года до нашей эры вплоть до XIX века скорость накопления снега в Антарктиде практически не менялась (снизилась на 1%), тогда как позже — с началом индустриального периода в первой половине XIX века — она увеличилась. Сейчас снег накапливается в центральных районах Антарктиды на 24% быстрее, чем 200 лет назад. Повышение скорости снегонакопления подтверждается инструментальными наблюдениями на снегомерном полигоне станции Восток, работы на котором ведутся с 1970 года.
Чтобы доказать, что такие изменения связаны с ростом температуры у поверхности Земли, авторы определили в различных участках кернов количество «тяжелой» воды — молекул, содержащих «тяжелый» водород (дейтерий) и «тяжелый» кислород (кислород-18). Дело в том, что, чем выше температура атмосферы, тем больше «тяжелых» изотопов с облаками доносится в высокие широты — к Южному и Северному полюсам. Поэтому по мере потепления во льдах становится все больше этих частиц.
Сравнив количество изотопов в разных слоях кернов, авторы математически рассчитали, что с 1816 года температура воздуха над исследуемой территорией повысилась примерно на 1–2°C. Исследователи заключили, что в среднем с потеплением на 1°C скорость снегонакопления в Антарктиде увеличивается на 11%. Эти данные будут полезны при построении климатических моделей и прогнозировании роста уровня океана в условиях потепления климата.
«Одна из наиболее серьезных угроз, связанных с потеплением, — подъем уровня воды в Мировом океане. Оценки того, насколько уровень океана повысится к концу XXI века, сильно расходятся. Полученные нами данные позволяют скорректировать существующие прогнозы с учетом того, что все больше воды по мере потепления возвращается в Антарктиду в виде осадков. В дальнейшем мы планируем расширить географию наших наблюдений, проведя измерения на других антарктических станциях», — подводит итог Алексей Екайкин.