Льодовикові щити: 800 000 років кліматичної історії, зафіксовані в повітрі

Сніг, який ніколи не танув

В глибинах Антарктиди та Гренландії літній снігопад рідко зустрічається, тому щорічна нова снігова шапка залишається під шапкою попередньої. Протягом століть вага накопичених снігів стискає нижні шари в фірну і потім у твердий лід, захоплюючи мікроскопічні бульбашки атмосфери, яка була присутня під час закриття кожного шару від повітря зверху. Зробіть вертикальний зріз через цей лід, і ви отримаєте безперервний, датований архів атмосфери — найглибші ядра з Антарктиди Східної сторони (EPICA Dome C, та нещодавній проект Beyond EPICA) зараз досягають приблизно 800 000 років, а в новіших ядрах вони сягають понад мільйон років.

Два незалежні термометри в одному зразку

Зразки льодовика містять два окремі показники температури. Перший – це саме лід: молекули води, що мають більш важкий ізотоп кисню ¹⁸O, випаровуються рідше та переважно оспадають у вигляді дощу/снігу порівняно з легшим ¹⁶O, коли повітряний масив охолоджується та рухається в полярному напрямку. Таким чином, співвідношення δ¹⁸O (або аналогічне співвідношення дейтерію, δD), закарбоване у полярних снігах, є безпосередньо функцією температури, при якій воно конденсувалося – чим холодніше, тим більш знедовленим є важкий ізотоп. Другий – це утриманий повітряний простір: бульбашки, що виділяються з пірну, зберігають фактичні зразки давньої атмосфери, з яких можна безпосередньо вимірювати концентрації CO₂, метану та нітратних оксидів, не виводячи висновків.

δ¹⁸O(‰) = ( ((¹⁸O/¹⁶O)зразка / (¹⁸O/¹⁶O)VSMOW - 1) × 1000 більш негативне δ¹⁸O → холодніша температура конденсації бульбашка CO₂ (ppm) → безпосередній зразок атмосфери, не потрібен показник Оскільки лід і повітря всередині його бульбашок не закриті абсолютно однаковою глибиною – повітря продовжує проникати крізь пористий пірн протягом століть після того, як над ним закрився лід – зразки містять добре визначений вік газу (позначений Δage), який вчені повинні виправити перед тим, як точно зіставити температурний та CO₂ запис.

Важливо зазначити, що бульбашки повітря продовжують проникати крізь пірн протягом століть після закриття льоду, тому зразки містять добре визначений вік газу (позначений Δage), який вчені повинні виправити перед тим, як точно зіставити температурний та CO₂ запис.

δ18O(‰) = ( (18O/16O)_sample / (18O/16O)_VSMOW - 1 ) × 1000
  more negative δ18O  ->  colder condensation temperature
  bubble CO2 (ppm)    ->  direct atmospheric sample, no proxy needed

Підрахунок років: шари та де закінчуються шари

Поверх із землі видимі річні шари як чергування літніх/зимових прошарків за вмістом пилу, видимої стратиграфії або сезонних ізотопних циклів, і їх можна підраховувати, як дуби. Це дає майже точну, календарну датування для останніх кількох тисячоліть. На глибших шарах шари стискаються до міліметрів та стають неможливими для індивідуального підрахунку, тому хронології перемикаються на моделювання рухів льоду (фізичне моделювання того, як тонша лід, коли він тече та засипається) у поєднанні з відомими еталонними горизонтами – шари вулканічного пилу від датованих вивержень та зіставлені патерни змінності атмосферного метану, які з'являються майже одночасно в обох арктичних записах.

Запис про результати: CO₂ та температура рухаються разом

На основі даних з понад 800 000 років, температура Антарктиди та атмосферний CO₂ відстежуються один за одним надзвичайно точно протягом восьми льодяних-теплових циклів, де CO₂ коливається приблизно між 180 ppm в льодовикових періодах і 280 ppm в теплових періодах — ніколи не наближаючись до виміряних сьогодні безпосередньо на Mauna Loa 420+ ppm. Ретельна датування завершень показує, що потепління в Антарктиді починається приблизно за кілька століть до підвищення CO₂, що відповідає прийнятому механізму: зміни орбіт (цикли Міланкова) викликають початкове потепління, яке вивільняє CO₂ з океану та підсилює потепління через парниковий ефект — зворотний зв’язок, а не CO₂ є єдиною першопричиною початку кожного циклу.

Що показує симуляція

Ця симуляція утворює шари ядра від поверхні вниз, дозволяючи вам переглядати глибину та спостерігати, як розвивається синтетичний δ¹⁸O та CO₂ сигнал разом, з позначеними затіненням льодовикові та міжльодовикові інтервали, щоб показати, наскільки тісно ці два прокси кодують один одного, коли ви проходите повз шумні верхні метри снігового кристалізованого шару.

Frequently asked questions

Спробуйте наживо

Усе, що вище, працює прямо у вашому браузері — відкрийте Ice Core Record і змінюйте параметри під час роботи. Нічого не встановлюється, нічого не завантажується на сервер, уся модель живе в одній вкладці.