Почему Южный полюс замерз на 20–25 миллионов лет раньше Северного?

Радиолокационные исследования выявили зазубренные вершины гор Гамбурцева в Антарктиде, погребенные под слоями льда. Изображение: Британская антарктическая служба. Источник: science.org

«Асимметрия» полярных регионов давно не давала покоя учёным: хотя когда-то Антарктида была климатически умеренным, изобилующим жизнью континентом, около 34 миллионов лет назад она начала замерзать, покрывшись ледяным щитом толщиной около 5 километров; в отличие от неё самый северный макрорегион планеты, арктический, замёрз лишь спустя 20–25 миллионов лет. Новое исследование, опубликованное в журнале Science, предлагает разгадку этой тайны, уходящую корнями вглубь геологической истории планеты – в период распада суперконтинента Гондвана.

Древний континент Гондвана в Южном полушарии сформировался примерно 600–550 миллионов лет назад в результате объединения более древних континентов. Около 250 млн лет назад Гондвана объединилась с северным континентом, образовав единый гигантский массив суши на планете – Пангею. После раскола с Пангеей Гондвана, включающая Африку с Аравийским полуостровом, Южную Америку, Австралию с Новой Зеландией, Антарктиду, Индию и Мадагаскар, примерно 180 миллионов лет назад тоже начала распадаться и окончательно разделилась около 30–40 миллионов лет назад – тогда Австралия и Южная Америка отошли от Антарктиды, образовав пролив Дрейка. Международная группа ученых под руководством геолога Томаса Гернона из Саутгемптонского университета, реконструировав эволюцию ландшафта Антарктиды, выяснила, что в её оледенении ключевую роль сыграл именно разрыв континентов и так называемые «мантийные волны» – медленные гигантские потоки вещества в мантии Земли (слое между земной корой и ядром), которые возникают при этом процессе. Когда около 160 миллионов лет назад от Гондваны отделилась Африка, эти волны прокатились под Антарктидой, сдирая тяжелые породы с нижней стороны литосферных плит.

В результате Восточная Антарктида стала «легче» и начала медленно подниматься – на протяжении десятков миллионов лет. В результате выше критической отметки – примерно на 2 километра – постепенно поднялись горные хребты, в том числе – «антарктические Альпы» – горы Гамбурцева, крупный горный массив, высота отдельных пиков которого достигает 2700 метров, при этом сейчас над ними возвышается ледяной щит толщиной от 600 до 4000 метров. Как только высота подъёма гор превысила порог, необходимый для формирования и сохранения ледников, на континенте начал накапливаться лед. Сохранению ледяного покрова способствовало и то, что Антарктида оставалась связанной с Австралией и Южной Америкой еще десятки миллионов лет, прежде чем полностью отделиться.

Ледник (иллюстрация на арктическом примере). Фото: Вадим Штрик / GeoPhoto

Таким образом, оледенение Южного полюса произошло благодаря уникальной геологической истории. Антарктида – самый высокий континент на Земле. Поднятие её территории в результате действия «мантийных волн» заставило сработать простой физический принцип: чем выше гора, тем холоднее на её вершине и тем больше снега там может накопиться. В любой горной системе есть высота, выше которой снег, выпавший зимой, не успевает растаять – эта граница называется «снеговой линией» или уровнем вечных снегов. Ниже этой линии – снег тает полностью. Выше – снег накапливается из года в год, уплотняется и превращается в лёд. Как только высота гор в Антарктиде стала достаточной, чтобы удерживать снег круглый год, началось постоянное накопление снега, который, уплотняясь, превращался в фирн, а затем – в плотный ледниковый лёд. 

Лёд (иллюстрация на арктическом примере). Фото: Александр Романовский / Фотобанк ПОРА

Лёд же, нарастая, начал спускаться вниз по склонам ледниками, покрывая всё большую площадь континента и создавая «эффект домино»: накопление льда увеличило отражающую способность поверхности (альбедо), что привело к дальнейшему похолоданию и ещё большему росту ледяного щита. Это и было тем самым «порогом», который запустил необратимый процесс оледенения Восточной Антарктиды около 34 миллионов лет назад, и получилось, что в эпоху, когда среднемировые температуры были примерно на 5°C выше современных, а концентрация парниковых газов в атмосфере – больше, чем сегодня, – уже сформировался Восточно-Антарктический ледяной щит. К тому же, по словам исследователей, к началу оледенения Антарктиды «мантийные волны» подняли выше «уровня вечных снегов» почти 90% её территории и площадь горного массива, расположенная выше критической для поддержания льда высоты, резко увеличилась.

А Арктика – это Северный Ледовитый океан, окружённый сушей. Там нет высоких гор, способных «зацепить» снег, поэтому постоянный ледяной покров в Северном полушарии появился лишь 20 миллионов лет спустя, когда концентрация парниковых газов снизилась и глобальные температуры стали достаточно низкими для замерзания самого океана. Крупные ледяные щиты в Арктике стабилизировались лишь менее 10 миллионов лет назад.

Исследование наглядно демонстрирует, что тектонические процессы могут кардинально влиять на климат и запускать оледенения задолго до того, как глобальные температурные тренды создадут для этого подходящие условия.

Лёд и обитатель Арктики. Фото: Владимир Мельник / GeoPhoto