Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Первое по-настоящему глубокое бурение в Гренландии провели в 1966 году на американской базе Кэмп Сенчури. Масштабная операция, потребовавшая практически шесть лет, дала первый сплошной ледяной керн, проходящий через ледник сверху донизу и в итоге достигший коренной породы на уровне 1387 метров ниже поверхности. Буровой бригаде пришлось решать проблемы бурения сквозь постоянно движущийся лед (даже внутри массивного ледяного щита происходят постоянные перемещения), а также проблемы с прочностью скважины (давление окружающего льда пыталось ее разрушить). Работа велась в крайне сложных условиях: ледяная шапка Гренландии не особо гостеприимна в любое время года, не говоря уже о разгаре зимы. Справившись с бурением в Кэмп Сенчури, бригада не стала почивать на лаврах. Всего через несколько месяцев после завершения работы на острове специалисты отправили оборудование на другой край Земли и установили его на антарктической научной станции Бэрд. Имея за плечами гренландский опыт, они уже через полтора года добились еще одного достижения — получили сплошной керн, проходящий через антарктический ледяной щит на глубину более двух километров.

Во время бурения в Кэмп Сенчури ученые изучали и фотографировали участки ледяного керна по мере их извлечения, вели различные измерения, а сам лед сохраняли при низких температурах для будущих исследований. Образцы также отослали в Копенгаген датскому гляциологу Вилли Дансгору (самому ему не разрешили посетить место бурения и взять образцы, поскольку работы шли в американской военной зоне). Ранее Дансгор обнаружил, что изотопы кислорода в дожде и снеге являются индикаторами температуры, и высказал предположение, что ежегодные отложения гренландских снегов могут сохранять данные о температурах в прошлом нашей планеты. Первоначально он считал, что керн из Кэмп Сенчури может дать образцы для нескольких сотен лет, но оказалось, что он охватывает более ста тысяч лет истории. Его измерения — первые из тысяч измерений изотопов кислорода, которые позже проводили ученые с кернами из полярных льдов — детально показали, как менялась температура в Гренландии за этот период (рисунок 22).

Изотопы кислорода были краеугольным камнем исследований ледяных кернов с самых первых лет их проведения. Однако для отслеживания температуры разработаны и другие методы, и они подтверждают данные, полученные с помощью изотопов кислорода. Гренландский лед дает фиксацию только одного из многочисленных циклов ледниковых и межледниковых эпох, составлявших плейстоценовый ледниковый период, однако керны из Антарктиды дают информацию по многим циклам, а разрешение в мелком масштабе, обеспечиваемое слоями льда, позволяет изучать периоды потепления и остывания с мельчайшими подробностями. Наличие нескольких разных кернов из Гренландии и Антарктиды дает возможность сравнить графики температур, полученных из разных мест бурения, и тем самым проверить правильность хронологии для отдельных кернов. Особенно показательными оказались сравнения отдаленных кернов — из Гренландии и Антарктики: хотя они показывают, что изменения температуры во время ледниковых циклов были глобальными и примерно совпадали, они также демонстрируют, что в разных частях Земли их интенсивность была разной — отражение сложностей в климатической системе, которые до сих пор полностью не изучены.

Хотя информация о температуре важна, не менее ценны сведения, которые проливают свет на содержание парниковых газов в атмосфере. Но как получить изо льда информацию о парниковых газах? На самом деле довольно просто. Когда снег падает на ледники, сжимается и превращается в лед, в нем остаются крохотные пузырьки воздуха. Верхние слои ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды полны видимых пузырьков — фактически крохотных капсул времени, содержащих образцы атмосферы, существовавшей на момент образования льда. Глубже в кернах пузырьки становятся меньше, и в конечном итоге исчезают из-за высокого давления, но воздух все же можно добыть, просто растопив лед. Полученные таким образом образцы воздуха оказываются очень маленькими, но современные аналитические приборы способны фиксировать даже исчезающе малое количество микропримесей газов, которые они содержат — например, двуокиси углерода или метана.