Ученые выяснили, почему Антарктида замерзла раньше Арктики

Антарктический лед встречается со скалистой береговой линией. Исследователи проследили особенности ландшафта от двухкилометрового прибрежного уступа Земли Королевы Мод до подледных гор Гамбурцева, погребенных под 1–3 км льда. Фото: Matt Palmer

Ученые нашли новое объяснение тому, почему Антарктида покрылась льдом на миллионы лет раньше, чем Арктика.

Международное исследование, опубликованное в журнале Science, отвечает на давнюю климатическую загадку: как Антарктида могла обзавестись огромным ледяным щитом в то время, когда Земля была примерно на 5°C теплее, чем сегодня.

Результаты указывают на постепенное формирование высокого рельефа в Восточной Антарктиде. По мере подъема уступа, плато и горной системы создавались высоты, достаточно холодные для того, чтобы снег и лед могли сохраняться и накапливаться с течением времени.

Процесс начался после того, как Антарктида и Африка начали расходиться в юрский период, 201–143 миллиона лет назад. Мощные силы в недрах Земли постепенно подняли большую часть Восточной Антарктиды за более чем 100 миллионов лет, подготовив почву для формирования ледяного щита около 34 миллионов лет назад.

Исследование возглавили ученые Саутгемптонского университета, работавшие совместно с коллегами из Даремского университета, Немецкого центра геологических наук GFZ, Потсдамского университета, Утрехтского университета и Флорентийского университета.

«Поверхность Антарктиды постепенно поднялась до такой степени, что лед смог получить постоянную опору, даже несмотря на то, что окружающие полярные океаны и глобальные температуры оставались удивительно теплыми», — объяснил ведущий автор исследования, профессор наук о Земле Саутгемптонского университета Томас Гернон.

Восточно-Антарктический ледяной щит сейчас является крупнейшим на Земле. Он содержит достаточно замерзшей воды, чтобы поднять уровень мирового океана примерно на 52 метра в случае полного таяния.

Моделирование 100 миллионов лет подъема Антарктиды

Чтобы понять, как менялся ландшафт, исследователи использовали компьютерные модели для реконструкции эволюции поверхности Восточной Антарктиды на протяжении 100 миллионов лет.

Их результаты показывают, что за большую часть постепенного подъема ответственен феномен, известный как «мантийные волны».

Мантийные волны были недавно выявлены командой профессора Гернона. Они распространяются под континентами после начала расхождения тектонических плит и ранее связывались с извержениями алмазных вулканов и загадочными фазами подъема внутри континентов.

По мере прохождения этих медленных волн под Восточной Антарктидой они способствовали подъему обширного плато, увенчанного горами Гамбурцева. Недавнее открытие мантийных волн дало исследователям механизм, объясняющий, как Антарктида достигла высот, достаточных для начала оледенения.

Моделирование показывает, что примерно 45 миллионов лет назад большие части Восточной Антарктиды поднялись выше критической отметки — около 2 км, — необходимой для развития и расширения горных ледников. Со временем эти ледники слились, образовав Восточно-Антарктический ледяной щит.

«Мы обнаружили, что наши модели могут реалистично воспроизвести эволюцию двухкилометрового прибрежного уступа, возвышенного плато и внутренних гор, что в конечном итоге привело к зарождению Восточно-Антарктического ледяного щита», — сказала доктор Теа Хинкс, старший научный сотрудник Саутгемптонского университета и соавтор исследования.

Почему Антарктида замерзла раньше Арктики

Результаты также могут объяснить, почему два полярных региона пошли разными путями.

Антарктида подверглась сильному оледенению около 34 миллионов лет назад, тогда как крупные ледяные щиты в Северном полушарии сформировались лишь примерно за последние пять миллионов лет.

Снижение уровня углекислого газа (CO₂) в атмосфере широко считается важным триггером антарктического оледенения. Однако самые ранние антарктические ледяные щиты начали формироваться, когда глобальный климат был еще относительно мягким.

«Если бы снижение уровня CO₂ действовало в одиночку, можно было бы ожидать, что полюса отреагируют более симметрично. Вместо этого Антарктида получила значительную фору, потому что геологические процессы подняли сушу на большие высоты, где холоднее», — пояснил профессор Гернон.

Как горы Гамбурцева помогли льду выжить

Даже относительно скромные изменения высоты гор могут определить, исчезнет ли снег летом или сохранится достаточно долго, чтобы накапливаться из года в год.

До 50 миллионов лет назад большая часть гор Гамбурцева была ниже 1,5 км. Однако к 34 миллионам лет назад почти половина хребта поднялась выше 2 км. На таких высотах условия были достаточно холодными, чтобы снег и лед сохранялись круглый год и постепенно превращались в ледяную шапку.

«Рельеф имеет фундаментальное значение для оледенения. Температура воздуха может падать на 1°C на каждые 100 метров набранной высоты», — объяснил доктор Гай Паксман, научный сотрудник Королевского общества Даремского университета и соавтор исследования.

Как только ледяной щит начал расширяться, дополнительные климатические обратные связи усилили охлаждение.

«По мере расширения ледяного щита его яркая поверхность отражала больше солнечного света обратно в космос, дополнительно охлаждая регион», — добавил доктор Филип Гудвин, физик-климатолог из Саутгемптонского университета и соавтор исследования.

Исследователи оценивают, что этот процесс, известный как «эффект ледяного альбедо», снизил глобальную температуру примерно на 1°C. Даже этого дополнительного охлаждения оказалось недостаточно для создания крупных ледяных щитов в Северном полушарии. Арктические массивы суши оставались в значительной степени свободными ото льда из-за того, что находились на более низких высотах.

Охлаждающие обратные связи помогли льду распространиться по Антарктиде

По мере охлаждения Антарктиды другая обратная связь начала усиливать падение температуры. Более холодный воздух может удерживать меньше водяного пара, который обычно действует как изолирующее одеяло вокруг Земли. По мере того как атмосфера становилась суше, этот изолирующий эффект ослабевал, и температура падала еще больше.

«Вместе эти обратные связи позволили антарктическому ледяному щиту распространиться от гор через весь континент, в конечном итоге достигнув побережья», — добавил доктор Гудвин.

Эти результаты могут изменить представления ученых о происхождении крупных ледниковых периодов. Возможно, не только климат определяет, когда формируются ледяные щиты, но и геологические силы в недрах Земли должны сначала подготовить ландшафт, подняв его на высоты, где может выжить постоянный лед.

«Наши результаты показывают, что недра Земли предопределяют ландшафты к оледенению, определяя, когда и где становятся возможными крупные климатические переходы, такие как оледенение Антарктиды. Это невероятно важно для понимания древних ледниковых периодов Земли, а также будущих переломных моментов в климатической системе», — пояснил профессор Гернон.

Исследование стало возможным благодаря поддержке Фонда WoodNext.

Источники:

Материалы предоставлены Саутгемптонским университетом.

Thomas M. Gernon, Thea K. Hincks, Philip Goodwin, Guy J. G. Paxman, Sascha Brune, Eelco J. Rohling, Derek Keir, Jean Braun. Continental breakup–driven uplift instigated East Antarctic Ice Sheet formation. Science, 2026; 393 (6806) DOI: 10.1126/science.adz6758