О пользе прошлогоднего снега

Откуда мы знаем о тех событиях, которые происходили на Земле в далёком прошлом? Как уже было сказано, об отдельных событиях есть письменные или устные свидетельства. Пролить свет на некоторые загадки прошлого могут археологические находки. Всё это – архивы нашей цивилизации, но они простираются очень недалеко в прошлое, если мерить время масштабом геологических событий. Астрономические наблюдения проводятся в течение нескольких тысячелетий, регулярные наблюдения за погодой – сотни лет. Самая длинная запись температур ведётся в Центральной Англии – с 1659 года, а в России регулярные наблюдения начались при Петре I. Наблюдения за многими важнейшими параметрами, например за облачностью, стали возможны лишь с появлением спутников и покрывают лишь несколько десятилетий.

К счастью, существуют архивы, созданные самой природой, которые могут помочь нам узнать далёкую историю Земли и Космоса. Таким архивом может служить любая система, растущая постепенно, захватывая вещество из окружающей среды. При изменениях в природе состав «строительного материала» тоже будет меняться. Другими словами, естественные архивы несут закодированную информацию о прошлом нашей планеты. Один из наиболее информативных архивов – это ледник. Ледники образуются в горах, есть также полярные шапки в Антарктиде и в Гренландии. Они формируются из снега, который ложится год за годом, трансформируется, постепенно уплотняется до состояния льда. Ледники подпитываются снегом сверху и находятся в постоянном движении. Снег и лёд захватывают твёрдые частицы, соли, пузырьки воздуха, пыльцу растений и др. Таким образом, состав каждого слоя льда несёт информацию о множестве природных факторов в период его формирования, в том числе и о средней температуре. Пузырьки воздуха содержат двуокись углерода и метан: по ним можно понять, как изменялась концентрация парниковых газов в атмосфере. По содержанию сульфатов и золы можно сделать выводы об извержениях вулканов, по содержанию хлорида натрия, основного компонента морской соли, – о частоте и силе штормов, по нитратам – о частоте гроз. Но самое важное – ледники также содержат в себе информацию о температурах прошлого. Вода содержит кроме обычного кислорода (¹⁶O) и водорода (¹H) тяжёлые атомы этих элементов – ¹⁸O и ²H. Тяжёлая вода конденсируется легче, поэтому при охлаждении воздушной массы она сначала теряет тяжёлую воду. Чем ниже температура образования осадков, тем меньше в них тяжёлой воды. Значит, тяжёлые атомы водорода и кислорода, ²H и ¹⁸O, можно использовать как палеотермометр – по их содержанию в определённом слое ледника можно судить о средней температуре в тот период, когда слой образовался.

Другой важнейший архив – это донные отложения, которые накапливаются, слой за слоем, в озёрах, морях и океанах. Они тоже весьма информативны, потому что всё, что попадает в окружающую среду, рано или поздно поступает в океан, и каждое событие оставляет свой след в донных отложениях. Анализируя отложения послойно, можно увидеть, например, извержение вулкана Кракатау, чернобыльскую катастрофу или изменения магнитного поля Земли.

Ещё один всем знакомый архив – годичные кольца деревьев. Толщина годичного слоя определяется климатическими факторами, поэтому последовательность чередования толстых и тонких колец будет одинакова у всех деревьев, растущих в одно и то же время в одной местности. Можно протянуть вглубь на несколько тысячелетий дендрохронологическую шкалу, объединяя срезы разных деревьев, ныне живущих и давно спиленных, часть времени жизни которых совпадала. Таким образом, рисунок годичных колец отражает изменения климата. Состав древесины также может служить источником информации о природных факторах, которые влияли на дерево в период его роста.

Также к естественным архивам можно отнести карбонатные скелеты моллюсков, кораллы, сталагмиты, железомарганцевые конкреции, торфяники – словом всё то, что растёт постепенно и захватывает вещество из окружающей среды, фиксируя информацию о её составе.

Изменение температуры в прошлом можно реконструировать многими способами, и что важно – эти способы взаимно независимы. Помимо упоминавшегося изотопного палеотермометра (¹⁸O и ²H), индикаторами изменений климата могут служить, например, площадь ледников, ширина годичных колец деревьев, толщина ежегодного слоя осадка, формирующегося на дне озёр, и многое другое[25].