Оригинальная статья опубликована в Reuters Graphics 13 сентября и дополнена 22 сентября 2021 года. Авторы статьи: Cassandra Garrison, Clare Baldwin и Marco Hernandez.

Лёд содержит исторические данные о климате и показывает, какое влияние на него оказало человечество. Но многие ледники сейчас тают, и это заставляет учёных с новой силой взяться за дело.

В условиях глобального потепления, когда тают ледники и ледяные щиты, учёные наперегонки отбирают ледяные керны — вместе с давно замёрзшими записями о климатических циклах, которые в них содержатся. Некоторые учёные говорят, что времени у них в обрез. А в ряде случаев — уже слишком поздно.

В конце прошлого года химик немецкого происхождения Маргит Швиковски (Margit Schwikowski) попыталась вместе с международной группой учёных отобрать ледяные керны из ледника Гран-Комбен, на границе Швейцарии и Италии, в рамках программы мониторинга климата при поддержке ООН.

В 2018 году они разведали с вертолёта это место и пробурили неглубокий пробный керн. По словам Маргит, керн был в хорошей форме: в нём хорошо сохранились газы из атмосферы и химические свидетельства прошлого климата, а наземный проникающий радар показал наличие глубокого ледника. Не все ледники в Альпах хранят следы как летних, так и зимних снегопадов; если бы всё прошло по плану, то, по словам Швиковски, эти керны оказались бы самыми древними из существующих среди ледников такого типа.

Но за два года, которые потребовались учёным, чтобы вернуться с полноценной буровой установкой, часть информации, которая была заключена во льду, испарилась (в буквальном смысле — прим. пер.). Циклы замораживания-оттаивания привели к тому, что по всему леднику образовались ледяные слои и бассейны с талой водой — один из участников команды назвал их «намокшими губками». Это сделало керны бесполезными для фундаментальной климатологии.

Внезапное ухудшение состояния «говорит нам о том, насколько эти ледники чувствительны»,— сказала Швиковски, руководитель группы аналитической химии в Институте Пауля Шеррера в Виллигене, Швейцария. — «Мы опоздали всего на два года».

Извлечение ледяных кернов

Программа США по бурению льда (The U.S. Ice Drilling Program) — организация, которая основана Национальным научным фондом и финансируется из бюджета — рекомендует использовать ручные буры для получения кернов льда на небольшой глубине и электромеханические буровые снаряды для больших глубин.

Экспедиция на Гран-Комбен проявила главную проблему, с которой сегодня сталкиваются учёные при сборе ледяных кернов: некоторые ледники исчезают быстрей, чем ожидалось. Осознание этого факта заставляет учёных, которые специализируются на сборе ледяных кернов, ускорить проведение экспедиций, переосмыслить, куда направить свои усилия в следующий раз, и расширить объём хранилищ.

По данным ООН, сокращаются почти все ледники мира. В своём наиболее полном докладе о климате (на момент публикации статьи 09.2021 — прим. пер.), опубликованном в августе, ООН пришла к выводу, что «влияние человека весьма вероятно является основной причиной почти повсеместного сокращения ледников во всём мире, начиная с 1990-х годов». В докладе также говорится, что без немедленных широкомасштабных действий среднемировая температура достигнет или превысит среднюю доиндустриальную температуру на 1,5 °С в течение ближайших 20 лет.

Растёт также и скорость, с которой ледники теряют массу. Исследование, опубликованное в апреле в научном журнале Nature, показало, что с 2000 по 2004 год ледники ежегодно теряли 227 гигатонн льда, но после 2015 года этот показатель увеличился в среднем до 298 гигатонн в год.

Тающий лёд

По данным исследования, с 2015 года ледники теряют 298 гигатонн льда в год, что составляет в среднем около 0,8 гигатонн в день. Это количество льда могло бы заполнить Центральный парк Нью-Йорка (его размеры 4 × 0,8 км — прим. пер.), достигнув в высоту 273 метра.

По данным Национального центра данных о снеге и льде в Боулдере, штат Колорадо, в настоящее время около 10 % территории Земли покрыто ледниковым льдом. Если ледник тает и больше не накапливает снег, это означает ещё и то, что он не захватывает газы из сегодняшней атмосферы, чтобы учёные смогли изучить их в будущем.

Отступающие ледники Альп

Ледники в Альпах уменьшались на протяжении десятилетий, согласно базе данных, собранной в рамках Глобального проекта по измерению ледников из космоса (GLIMS), международного проекта по картированию ледников мира. Ледник Корбасьер сократился на 30 % за период с 1850 по 2015.

Два года назад южная вершина шведской горы Кебнекайсе потеряла статус самой высокой точки страны после того, как растаяла треть её ледника.

Для Маргит исчезновение ледников — удар не только профессиональный, но и эмоциональный. «Без них горы выглядят по-другому — бесплодно»,— говорит она. В Альпах вершины без ледников «абсолютно пугающие».

Как лёд открывает сведения о климате

Учёные измеряют состав изотопов в молекулах воды, из которых состоит лёд керна. Соотношение изотопов даёт представление о составе атмосферы в то время, когда сформировался лёд (и позволяет определить температуру, при которой он был сформирован — прим. пер.).

Чтобы реконструировать климатические данные за последние 800 000 лет, в рамках Европейского проекта по изучению ледяных кернов в Антарктике (EPICA) — программы, разработанной в сотрудничестве с Европейской комиссией — учёные исследовали изотопы дейтерия в тысячах ледяных кернов.

Пример данных, собранных в ледяных кернах

Вот некоторые ключевые события последних 800 тысячелетий, согласно полученным EPICA данным. Чем выше концентрация CO₂ в атмосфере, тем выше температура на Земле. В целом, более высокие температуры означают большее количество изотопов во льду.

• 800 000 лет назад углекислого газа (CO₂) в атмосфере было около 200 ppm (частей на миллион). В это время температура в Антарктике была примерно на 9 градусов ниже средней за последние почти 10 000 лет.

• Следующие 300 000 лет температура и CO₂ росли и падали, колеблясь между ледниковыми и более тёплыми состояниями в циклах, которые длились около 100 000 лет.

• Около 300 000 лет назад появились современные люди, известные как Homo sapiens.

• Следующие нескольких сотен тысяч лет, вплоть до начала XX века, сохранялась тенденция чередования тёплых (межледниковых — прим. пер.) и ледниковых эпох.

• Последнее столетие показывает резкий рост CO₂. Крайняя точка на графике — 368 частей на миллион в 2001 году — это самый высокий уровень CO₂ за последние 800 тысячелетий, что намного выше предыдущего максимума в 298 ppm более 300 000 лет назад.

«Полный шок»

В сентябре прошлого года Магрит Швиковски стояла, закутавшись в снегозащитное снаряжение, когда из скважин на Гран-Комбен вытаскивали мокрые цилиндры со льдом. По словам Магрит, наличие влаги её удивило. Холодная талая вода стекала с кусков ледяного керна, которые должны быть твёрдыми. А в керне, который должен быть полупрозрачным, были участки, прозрачные полностью.

Ледяные керны, подобные этому из Гран-Комбен, помогают проиллюстрировать влияние человечества на климат Земли, предоставляя учёным данные о содержании парниковых газов задолго до развития промышленности. Лёд сохраняет крошечные пузырьки воздуха — это прямые свидетельства атмосферы из прошлого. А ещё лёд фиксирует в едином «архиве» пыльцу и вещества, загрязнявшие воздух, сведения о температуре и осадках, — и всё это в едином масштабе времени, иногда даже с разбивкой по сезонам.

Что содержат ледяные керны?

Все ледяные керны так или иначе уникальны. Некоторые из них кристально чистые, другие — непрозрачные, с неравномерными или более тёмными слоями. Вот некоторые из наиболее распространённых характеристик ледяных кернов.

Чем глубже лёд, тем плотнее он становится, и сложнее определить его возраст. Учёные пользуются разными методами для датировки льда, включая анализ химического состава и электропроводности льда.

Другой участник экспедиции на Гран-Комбен, итальянский климатолог Карло Барбанте, отметил, что скорость таяния льда на альпийском массиве за последние несколько лет «намного выше, чем раньше». Обнаружение влажных кернов, по его словам, стало «полным шоком».

В результате Барбанте и другие учёные, включая Швиковски, ускорили реализацию планов по извлечению керна из ледника Колле Гнифетти на вершине Монте-Роза в Альпах, на несколько сотен метров выше Гран-Комбен. В июне, на несколько месяцев раньше первоначально запланированного срока, они приступили к работе. По словам Барбанте, они пробурили два керна хорошего качества.

Барбанте сказал, что он также надеется в следующем году или через год организовать поездку на Килиманджаро — самую высокую гору Африки и единственное место, где сохранились ледяные керны. Согласно одному из исследований, упомянутому в недавнем докладе ООН, современное потепление уже положило начало таянию, которое приведёт к исчезновению всех ледников этой горы к 2060 году.

Открытие американским учёным Дугласом Харди в 2009 году мумифицированных останков свиньи XIX века на одной из самых высоких точек ледников горы говорит о том, что часть климатической истории, которую учёные надеются восстановить, уже исчезла. «Из этого следует, что мы потеряли последние 200 лет»,— сказал Харди.

Ледники на горе Килиманджаро

Спутниковые снимки Европейского космического агентства показывают, что лёд на самой высокой горе Африки уменьшился по сравнению с тем, что было три года назад.

Барбанте и Швиковски входят в группу учёных под названием Ice Memory, которая пытается создать архив ледяных кернов из ледников со всего мира. Проект Ice Memory был одобрен ЮНЕСКО. К настоящему времени бурение проведено в Европе, Боливии и России. Керны временно хранятся в Европе, но для долгосрочного хранения их планируют отправить в Антарктиду — там их сохранность не будет зависеть от возможного отключения электроэнергии.

«Через сто лет, когда альпийские ледники полностью исчезнут, у нас будут образцы» для будущих поколений учёных, сказал Барбанте.

Где отбирают ледяные керны?

Ниже приведены некоторые места бурения, задокументированные Национальным управлением океанических и атмосферных исследований США (NOAA).

Расширение возможностей хранения льда

Помимо парниковых газов, учёные говорят о том, что смогут использовать ледяные керны для изучения ДНК древних бактерий и вирусов, которые могут вновь появиться при потеплении климата. Замороженные насекомые и пыльца растений также могут раскрыть историю мировых лесов и их пожарных циклов.

Другая группа учёных, результаты исследований которой были опубликованы в июле 2021 года в научном журнале Microbiome, обнаружила вирусы возрастом почти 15 000 лет в двух образцах ледяного керна, взятых с Тибетского нагорья в Китае. В ходе исследования были определены генетические коды 33-х вирусов, по крайней мере 28 из которых оказались новыми для учёных.

В эту группу учёных входили американские палеоклиматологи по ледяным кернам, супруги Лонни Томпсон и Эллен Мосли-Томпсон.

Лонни Томпсон говорит, что скорость, с которой исчезает лёд, определила планы по расширению хранилища ледяных кернов в Университете штата Огайо, на которые он начал собирать средства в прошлом году. Он надеется собрать 7 миллионов долларов. На данный момент за счёт пожертвований собрано около $475 000, согласно Центру полярных и климатических исследований Берда. После реконструкции вместимость хранилища вырастет вдвое и составит более 13 550 метров ледяных кернов.

Среди кернов, собранных Томпсоном и его командой, есть единственные сохранившиеся образцы льда из некоторых ледников. Исчезли два из шести участков отбора ледяных кернов на Килиманджаро в Африке, которые его команда пробурила в 2000 году. Так же как и участки, которые они пробурили в 2010 году в Папуа, Индонезия. Другие, скорее всего, исчезнут в течение 50-ти лет, считает Томпсон.

В некоторых случаях по мере таяния льда на поверхности ледников образовывались озёра, что является тревожащим сигналом, который указывает, что таяние может идти быстрее, чем предсказывали модели. Томпсон говорит, что это тревожный сигнал к тому, что керны необходимо собирать как можно скорее.

По его словам, «лёд является прекрасным архивом не только климата, но и климатических воздействий», или основных причин изменения климата. «Эти истории находятся под угрозой, поскольку Земля теплеет и ледники отступают».

Репортаж: Кассандра Гаррисон и Клэр Болдуин. Графика: Марко Эрнандес. Редактирование: Саймон Скарр, Кэти Дейгл и Касселл Брайан-Лоу.

Источники оригинальной статьи: Национальный исследовательский совет Италии; Университет Ка' Фоскари в Венеции; Программа бурения льда США (IDP); Глобальные измерения льда суши из космоса (GLIMS); Фонд ледяного керна Национального научного фонда США (NSF-ICF); Национальное управление океанических и атмосферных исследований США (NOAA); Европейский проект по ледяному керну в Антарктике (EPICA); Центр анализа информации о диоксиде углерода (CDIAC); Европейское космическое агентство (ESA); Лукас Борхес да Сильва, Университет Берна.

Литература

• Алексей Екайкин. «В поисках древнейшего льда на Земле». — Троицкий вариант №4, 2021 с шикарной библиографией в конце статьи

• Станислав Кутузов. «Архив утекает. Зачем ученые собирают образцы льда с горных ледников и отвозят их в Антарктиду». — N+1, 2018

• Ольга Добровидова. «Возможны осадки в виде изотопов. Как современная химия позволяет нам понять прошлое и будущее климата Земли». — N+1, 2017

• Актуальные материалы по ледниковому бурению