Зачем нужна геология: краткая история прошлого и будущего нашей планеты

Важную роль обратной связи в климатической системе играют и парниковые газы. Данные ледяных кернов показывают, что существует корреляция между температурой и количеством парниковых газов в атмосфере: в холодные ледниковые эпохи концентрация меньше, а в теплые межледниковые — больше (рисунок 23). Когда эту корреляцию обнаружили впервые, было непонятно, что является причиной, а что следствием. Однако тщательное изучение хронологии показывает, что содержание углекислого газа отстает от температуры как минимум на несколько сотен лет; поэтому изменение его уровня должно быть следствием изменений в цикле ледниковья-межледниковья, а не причиной. Аналогичная ситуация наблюдается и для метана.

Нетрудно объяснить более высокую концентрацию метана в теплые периоды: основным природным источником этого газа является бактериальное разложение органического материала на болотах, а высокая температура ускоряет этот процесс. Кроме того, при таянии высокоширотной вечной мерзлоты во время межледниковий площадь заболоченных территорий увеличивается, что еще сильнее повышает производство метана. Во время ледниковых эпох наблюдаются обратные процессы.

Однако для двуокиси углерода картина не так ясна — отчасти из-за того, что источники атмосферного углекислого газа более сложны, чем источники метана. В масштабе циклов ледниковья-межледниковья его концентрация в атмосфере зависит от нескольких факторов, включая биологический круговорот углерода, температуру океанов и циркуляцию воды в них. Океаны особенно важны, поскольку содержат огромные объемы углекислого газа (сейчас примерно половина двуокиси углерода, выбрасываемой человечеством в атмосферу, поглощается океанами и будет сохраняться там тысячи лет и больше). Но вне зависимости от вовлеченных процессов увеличение концентрации двуокиси углерода во время межледниковых эпох действовало как мощная положительная обратная связь: оно усиливало потепление. Аналогичным образом уменьшение концентрации во время ледниковых эпох усиливало охлаждение; точно так же обстояли дела и с содержанием метана. Моделирование изменений температуры в плейстоценовый ледниковый период попросту не соответствует данным ледяных кернов, если в модели не принять во внимание эффекты обратной связи, соответствующие изменениям содержания парниковых газов (особенно с углекислого газа).

Существуют и другие факторы, создающие обратную связь, хотя в основном они менее изучены, чем изменения альбедо и содержания парниковых газов. Сюда входят некоторые явления, которые косвенно воздействуют на альбедо. Например, по мере роста ледников понижается уровень моря; это увеличивает общую площадь континентов и тем самым общее альбедо Земли. На альбедо влияют и значительные изменения растительного покрова в ходе циклов ледниковых и межледниковых эпох. С понижением температуры растительный покров заметно уменьшается, особенно в высоких широтах и на больших высотах. Поэтому когда альбедо увеличивается, увеличивается и количество пыли в атмосфере (этот эффект зафиксирован по увеличению количества пыли в ледяных кернах). Запыленная атмосфера частично блокирует поступающие солнечные лучи, что тоже дает подкрепляющую обратную связь. Во время теплого межледниковья более высокая температура обеспечивает усиление испарения и повышение влажности; однако водяной пар — это мощный парниковый газ, а потому такая ситуация способствует еще большему повышению температуры. Каждый из таких факторов обратной связи усиливает температурные колебания во время циклов ледникового периода.

Общая картина, сложившаяся в результате многих десятилетий исследования ледяных кернов и кернов из океанических осадочных пород, а также изучения других климатических данных, такова: астрономические циклы Миланковича инициировали и регулировали переходы между ледниковым и межледниковым климатом во время плейстоценового ледникового периода, однако эти тенденции усиливались из-за собственных реакций климатической системы Земли. Самые большие колебания инсоляции во время циклов Миланковича отмечались в высоких широтах, там же происходили и самые серьезные колебания температуры. В режиссировании ледниковых циклов особенно важную роль, похоже, играет северное полушарие — возможно, из-за расположения континентов, где на полюсе находится Северный Ледовитый океан, а материки его окружают.