Хранители времени. Реконструкция истории Вселенной атом за атомом

Конечно, точные значения зависят от температуры: чем она выше, тем быстрее колеблются молекулы H₂ ¹⁸O и тем легче им освободиться и взлететь. При ее повышении на каждые 1,5 °C содержание ¹⁸O увеличивается примерно на 1 миллионную долю, или на 0,05 % от обычного значения. Такое изменение легко измерить, поэтому мы можем восстановить среднюю температуру с точностью до доли градуса по всей длине керна, даже если он возник 800 000 лет тому назад, как керн с «Купола С», добытый в ходе Европейского проекта по отбору ледяного керна в Антарктиде (EPICA)¹⁹

. Это соотношение в недавно образовавшемся льду на 3,4 % ниже стандартного, в то время как на пике последнего ледникового периода, который пришелся на время от 25 000 до 30 000 лет назад, оно было на 4,6 % ниже нормы²⁰. Это соответствует глобальному изменению температуры примерно на 10 °C. Величины для Гренландии и Антарктиды, хотя и получены в разных частях океана, прекрасно соответствуют друг другу; наибольшее расхождение составляет 0,05 %, а более типичное – менее 0,015 % (или 0,4 °C).

Еще один невероятно важный показатель, измеренный в ледяных кернах, – это состав атмосферы в захваченных воздушных пузырьках. Один пузырек диаметром 1 мм содержит около 10 000 триллионов молекул воздуха, поэтому даже следовые компоненты (например N₂O, содержание которого составляет 0,3 миллионной доли) будут представлены миллиардами молекул. Благодаря этому мы можем с высокой точностью измерить состав. Результаты поразительны. Например, уровень метана, сильнодействующего парникового газа, увеличивался и уменьшался каждые 100 000 лет синхронно с тем, как менялась форма орбиты Земли, и его доля варьировалась от 400 до 600 миллиардных долей. Но примерно в 1820 году его количество начало резко возрастать, и сегодня его концентрация составляет 1920 миллиардных долей – иными словами, она возросла на 380 %²¹. Картина с N₂

O аналогична, хотя и с более скромным увеличением на 30 %.

Интереснее всего обстоит дело с CO₂. За последние 450 000 лет его минимальная концентрация на пике ледникового периода составляла 180 миллионных долей (и оставалась неизменной в течение последних четырех 100 000-летних циклов с точностью до 2 %). После достижения этого минимума наблюдается быстрый (по геологическим меркам) рост до 280 миллионных долей. Затем, в течение нескольких тысяч лет, он начинает снижаться к следующему минимуму, с рядом отклонений и колебаний. Однако примечателен тот факт, что, если мы поместим температуру, о которой могли судить по хронике изменений ¹⁸O, и концентрацию CO₂ на одном и том же графике, они почти идеально совпадут (см. рис. 11.3)²²

. В этих флуктуациях видна характерная «подпись» всех трех орбитальных циклов – прецессии через каждые 23 000 лет, изменения наклона оси по прошествии 41 000 лет и преобладающего изменения формы орбиты через каждые 100 000 лет.

Рис. 11.3. История климата Земли за последние 450 000 лет, поведанная антарктическими льдами. Левая ось и черная линия показывают изменение концентрации CO₂ в атмосфере. Концентрация CO² циклически меняется от 180 ppm до 280 ppm с периодом примерно 100 000 лет (толстые черные штрихи). Правая ось и серая линия показывают среднюю температуру, полученную на основе анализа соотношения ¹⁸

O/¹⁶O. Степень, в которой совпадают значения температуры и концентрации CO₂, поразительна. На рисунке также указаны периоды, соответствующие двум другим циклам Миланковича (изменение наклона оси – 41 000 лет и прецессия – 23 000 лет), оба из которых также учтены в представленных данных. Обратите внимание, что последние 10 000 лет, в течение которых развивалась современная цивилизация, – это наиболее стабильный период за последние полмиллиона лет. Нынешняя концентрация CO₂ намного выше, чем была на протяжении миллионов лет