Космическая пыль помогла восстановить историю арктических льдов за 30 000 лет

Ледяной покров в Арктике быстро сокращается, что ускоряет таяние оставшегося льда и меняет доступность питательных веществ. В исследовании под руководством Университета Вашингтона ученые показали, как частицы из космоса помогают восстановить условия льда за последние 30 000 лет. Автор: Бонни Лайт/Университет Вашингтона

С 1979 года, когда начались регулярные спутниковые измерения, площадь арктического морского льда сократилась более чем на 42%. По мере истончения и отступления льда обнажается больше открытой водной поверхности. Лед охлаждает планету, отражая солнечный свет, но более темная морская вода поглощает тепло, что ускоряет потепление и приводит к дальнейшей потере льда. Согласно климатическим прогнозам, Арктика может столкнуться с полностью свободными ото льда летними периодами в ближайшие десятилетия.

Ученые давно знают, что мелкие частицы из космоса постоянно падают на Землю и накапливаются в морских отложениях. Исследование, опубликованное 6 ноября в журнале Science, показывает, что анализ распределения этой космической пыли позволяет понять, как менялось ледяное покрытие за тысячи лет.

«Если мы сможем спрогнозировать сроки и пространственные закономерности сокращения ледяного покрова в будущем, это поможет нам понять потепление, предсказать изменения в пищевых цепях и рыболовстве, а также подготовиться к геополитическим сдвигам», — сказал Фрэнки Павиа, доцент океанографии Университета Вашингтона, руководивший исследованием.

Как космическая пыль помогает отслеживать древний лед

Космическая пыль образуется при взрывах звезд или распаде комет и часто содержит редкий изотоп гелий-3. Исследователи измеряют содержание гелия-3, чтобы отделить космическую пыль от земных материалов.

«Это как искать иголку в стоге сена, — пояснил Павиа. — У вас есть небольшое количество космической пыли, которое оседает повсюду, но при этом земные отложения накапливаются довольно быстро».

В этом проекте Павиа сосредоточился на местах, где пыль отсутствовала.

«Во время последнего ледникового периода в арктических отложениях почти не было космической пыли», — отметил он.

Восстановление 30 000-летней истории арктического льда

Команда предложила использовать космическую пыль в качестве аналога спутниковых измерений льда. Когда морская поверхность покрыта льдом, пыль не может осесть на дно, но открытая вода позволяет ей достичь осадков. Измерив количество космической пыли в кернах, собранных в трех арктических локациях, исследователи восстановили историю морского льда за последние 30 000 лет.

Три места исследований «охватывают градиент современного ледяного покрова», пояснил Павиа. Один участок вблизи Северного полюса остается покрытым льдом круглый год. Второй находится вблизи сезонной границы льда в сентябре, а третий, который в 1980 году был постоянно покрыт льдом, теперь периодически освобождается ото льда.

Команда обнаружила, что периоды устойчивого ледяного покрова совпадали с очень низким содержанием космической пыли в отложениях. Это наблюдалось во время последнего ледникового периода около 20 000 лет назад. По мере потепления планеты космическая пыль снова начала появляться в образцах.

Связь изменений льда с использованием питательных веществ

Исследователи также сравнили восстановленную историю льда с данными о доступности питательных веществ. Они обнаружили, что потребление питательных веществ было наибольшим, когда уровень морского льда был низким, и снижалось с увеличением ледяного покрова.

Данные о круговороте питательных веществ получены из крошечных раковин фораминифер — организмов, которые потребляют азот. Химические сигнатуры, сохраненные в их раковинах, показывают, сколько доступных питательных веществ эти организмы использовали при жизни.

«По мере сокращения льда в будущем мы ожидаем увеличения потребления питательных веществ фитопланктоном в Арктике, что повлияет на пищевую сеть», — сказал Павиа.

Что вызывает изменения в питательных веществах?

Требуется дополнительная работа, чтобы понять, почему использование питательных веществ меняется с сокращением льда. Одна из возможностей — меньшее количество льда приводит к увеличению фотосинтеза на поверхности, что повышает потребление питательных веществ. Другая идея предполагает, что таяние льда разбавляет концентрацию питательных веществ в воде.

Обе идеи могут проявляться как более высокое потребление питательных веществ, но только первая сигнализирует о росте морской продуктивности.

Исследование поддержано Национальным научным фондом и стипендией Фостера и Коко Стэнбек.