Loading Posts...

Антарктида: новые исследования

Антарктида (от греческого ἀνταρκτικός — «противоположность Арктике») — самый южный континент Земли, центр которого примерно совпадает с Южным географическим полюсом. Омывается водами Атлантического, Индийского и Тихого океанов; часть последнего иногда неофициально относят к отдельному Южному океану.

Площадь континента составляет 14 млн 107 тыс. км², без близлежащих островов и шельфовых ледников — 12,6 млн км². Здесь располагаются точки земной поверхности, в которых наблюдалась самая низкая температура и относительная влажность воздуха, а также самый сильный и продолжительный ветер и наиболее интенсивная солнечная радиация. Постоянное население Антарктиды не превышает 150 человек, меньше тысячи насчитывает сменный персонал полярных станций, а в летний период (с октября по апрель) к ним добавляются участники научных экспедиций из разных стран и туристы общим числом до 4 тыс. человек.

Благодаря перманентному ледяному покрытию Антарктида является самым высоким континентом Земли (средняя высота поверхности ледника над уровнем моря — более 2000 м, а в центре континента она достигает 4000 м). Лишь 0,3% площади материка (около 40 тыс. км²) свободны ото льда — в основном в т.н. Западной Антарктиде и Трансантарктических горах, отдельные гребни и горные вершины которых (нунатаки) возвышаются над ледяной поверхностью. Западная и Восточная Антарктида имеют различное происхождение и геологическое строение. На востоке находится высокое плато, покрытое льдом. Западная часть состоит из группы гористых островов под общим ледниковым куполом. На тихоокеанском побережье расположены Антарктические Анды, высота которых превышает 4000 м; наивысшая точка материка (4892 м над уровнем моря) венчает массив Винсон в горах Элсуорт. В Западной Антарктиде находится глубочайшая депрессия континента — впадина Бентли, имеющая, по-видимому, рифтовую природу. Она заполнена льдом и достигает отметки 2555 м ниже уровня моря.

250 млн лет назад, в пермско-триасовый период, нынешняя Антарктида входила в состав суперконтинента Гондваны и располагалась вблизи экватора. В это время здесь произошло падение крупного астероида (размером до 50 км), оставившего после себя кратер диаметром 482 км — он был обнаружен 10 лет назад в ходе исследований подледного рельефа, проведенных NASA. На данный момент это крупнейшая из всех известных импактных структур на Земле. Далее большой фрагмент Гондваны начал медленно «дрейфовать» к югу и около 170 млн лет назад отделился от нее, оставаясь соединенным с другой частью суперконтинента, позже ставшей Австралией. 40 млн лет назад они тоже разделились, а в результате последующего глобального понижения температуры в Антарктиде появились и стали расти первые ледниковые формации. Этот процесс ускорился спустя еще 15-17 млн лет — после открытия глубоководного прохода между нынешним Антарктическим полуостровом и Южной Америкой, сквозь который начало циркулировать Антарктическое циркумполярное холодное течение. Считается, что за 15 млн лет до наших дней самый южный континент в общих чертах приобрел свой современный вид, почти полностью покрывшись ледниками.

Главный «холодильник» планеты запасается льдом

Ледяной щит Антарктиды является крупнейшим на Земле: он превосходит по площади следующий по размеру гренландский приблизительно в 10 раз. В нем сосредоточено порядка 30 млн км³ льда, то есть 90% всех «ледовых запасов» суши (и более 80% всех пресных вод планеты). Если он полностью растает, уровень Мирового океана повысится почти на 60 м. Под тяжестью ледника южный континент «просел» в среднем на 0,5 км. Этот огромный «холодильник» играет важнейшую роль в регулировке земного климата, поэтому неудивительно, что международное научное сообщество уделяет огромное внимание его исследованиям.

Недавно ученым удалось выяснить удивительный факт: несмотря на заметное повышение средних температур у поверхности Земли за последние 50 лет, вызвавшее резкое уменьшение площадей плавучих льдов в Северном Ледовитом океане и ледников на прилегающей суше, ледяной покров Антарктиды и окружающих ее акваторий продолжает нарастать. Проведенный специалистами NASA анализ поведения антарктических льдов позволяет объяснить этот феномен специфическими особенностями геологии Антарктиды и Южного океана.

Группа сотрудников NASA и NOAА (National Oceanic and Atmospheric Administration), возглавляемая Соном Нгьемом из Лаборатории реактивного движения (Son Nghiem, Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, California3), использовала данные спутникового радара, дистанционных измерений температуры поверхности моря, гравиметрического определения формы Земли и батиметрические замеры глубины океана для изучения физических процессов и факторов, влияющих на антарктический морской лед. Исследование предоставило убедительные доказательства того, что поведение льда в этом регионе полностью согласуется с геофизическими особенностями южной полярной области, резко отличающимися от тех, которые присутствуют в окрестностях Северного полюса.

Многолетний материковый лед Антарктиды испытывает сезонные вариации, тесно связанные с изменениями толщины морского (однолетнего) льда. При этом последний достигает максимальной массы в непосредственной близости побережья южного континента в сентябре, а в феврале она уменьшается примерно на 17%. С конца 1970-х годов мощность прибрежных морских льдов оставалась относительно стабильной, испытывая незначительные мелкомасштабные колебания. Однако величина последних сильно зависит от конкретного региона.

Читать:  Земля превратится в теплицу

На протяжении многих лет ученые предлагали различные гипотезы для объяснения поведения антарктического льда, особенно в свете наблюдаемого глобального повышения температуры. Влияют ли на его рост и таяние изменения озонового слоя? Не способствует ли свежая талая вода, попадающая с шельфового ледника в океан, уменьшению солености океанских вод и созданию благоприятных условий для образования морского льда (соль понижает температуру замерзания и препятствует ему)? Достаточно ли мощности и скорости антарктических ветров, вызывающих уплотнение льда?

Существование неких природных механизмов, защищающих океанические льды от разрушения, не вызывало сомнений, но суть их была не совсем понятна. Чтобы решить эту «криосферную головоломку», Нгьем и его команда использовали новый подход. Они проанализировали данные радара метеорологического спутника QuikScat, полученные в период 1999-2009 гг., с целью отслеживания путей движения плавучих льдов в Антарктике и картирования их различных форм. Особое внимание было уделено 2008 году, характеризовавшемуся исключительными сезонными изменениями ледяного покрова.

Проведенный анализ показал, что по мере того, как образуется лед на море и возникают предпосылки для его дальнейшего роста в начале сезона, он отталкивается ветрами от берега в северном направлении, формируя своеобразный щит из более старых и толстых льдин, циркулирующих вокруг континента. Мощный антициклон, постоянно присутствующий над Антарктидой, способствует возникновению расходящихся от нее воздушных потоков, создающих ледяные заторы перед «щитом», дополнительно увеличивая его толщину. Эта полоса льда шириной от сотни до тысячи километров защищает молодой, более тонкий лед внутри нее, препятствуя его разрушению ветром и волнами.

Команда ученых также использовала радиолокационные данные для классификации различных типов антарктического морского льда. Старый, более толстый лед сильнее отражает сигнал радара, чем тонкий молодой. Выяснилось, что льдины в пределах «щита» — старее, жестче (благодаря длительному воздействия ветра и волн) и толще из-за большего слоя накопившегося на них утрамбованного снега. По мере их удаления от материка на поверхности океана появляются участки открытого водного пространства, представляющие собой своеобразные «ледовые заводы», где замерзание морской воды идет особенно быстро.

Но за счет чего этот обширный ледяной щит сохраняется в течение столь длительного времени? Для ответа на этот вопрос исследователи провели сравнительный анализ информации, поступающей от датчиков температуры поверхности воды, с данными нескольких спутников, по которым недавно была построена детальная карта глубин Мирового океана. Выяснилось, что на пике сезона роста льда температура границы ледового пояса остается на уровне -1°C (при такой температуре начинает замерзать соленая морская вода). Эта граница, определяющая область циркуляции холодных вод вокруг Антарктиды, прекрасно согласуется с рельефом океанического дна, масштабные детали которого влияют на направление поверхностных течений и соответственно на распределение температур воды. В настоящее время этот эффект весьма выразительно проявляется в окрестностях острова Буве, находящегося на расстоянии около 1600 км от ближайшего антарктического побережья, где сходятся три тектонических плиты, образуя донное поднятие.

У берегов Восточной Антарктиды изотермы с разницей температур в один градус тесно сближаются в области пересечения плато Кергелен (подводный микроконтинент, остаток древнего суперконтинента Гондваны) через глубокий канал под названием Фавн. Но в смежных глубоководных океанических бассейнах, где рельеф дна не настолько экстремален, расстояние между изотермами намного больше. В Западной Антарктике глубокое и гладкое дно «теряет сцепление» с верхними слоями океана и укрывающим его льдом, что способствует уменьшению толщи последнего, и здесь наблюдаются его существенные годовые вариации.

Что касается континентальных ледников, исследования показали, что в настоящее время более интенсивно происходит таяние той их части, которая имеет меньшую плотность, а накопление льда, наоборот, идет на более плотных участках. Таким образом, при кажущемся уменьшении площади антарктического ледяного покрова его общая масса возрастает. Но если это действительно так — тогда ученым придется искать источник воды, вызывающий наблюдаемый с середины XIX века подъем уровня мирового океана (только на протяжении XX столетия этот уровень вырос на 17 см). Ранее считалось, что главным «двигателем» данного процесса являются именно тающие ледники Антарктиды.

Озера и каньоны Южного континента

Антарктида характеризуется сравнительно низкой вулканической активностью. На континенте и в его окрестностях известно 35 вулканов, но регулярные извержения наблюдаются только у одного — вулкана Эребус на острове Росса в одноименном море, имеющего высоту 3794 м.

Читать:  Еда - угроза человечеству. Производство продуктов питания меняет климат на планете

Исследования подледного рельефа Антарктиды сейсмическими методами и с помощью эхолокации начались еще в 60-е годы прошлого века. Выяснилось, что около трети материка лежит ниже уровня мирового океана, причем часто глубокие впадины соседствуют с высокими горными цепями и массивами. Восточная часть имеет преимущественно сглаженный рельеф, с отдельными плато и горными хребтами высотой до 4 км. Она представляет собой выступ кристаллического фундамента платформы, ранее входившей в состав Гондваны.

В горных долинах под ледниками «заперто» множество озер, часть из которых предположительно содержит уникальные экосистемы, миллионы лет не контактировавшие с остальной биосферой Земли. Крупнейшее из них — озеро Восток, названное в честь близлежащей российской исследовательской станции — имеет площадь более 15,5 тыс. км² и глубину свыше 1200 м.

Слой льда над ним достигает 4 км. По этой причине, а также из-за труднодоступности этого региона Антарктиды, исследования озера сильно затруднены.

Интересные результаты были получены в ходе изучения биохимии, геохимии, геофизики и геологии подледного озера Уилланс (Whillans), расположенного на глубине 800 м под антарктическим ледяным щитом. Его исследовали три группы ученых в рамках проекта WISSARD (Whillans Ice Stream Subglacial Access Research Drilling, инициированного Национальным Научным Фондом США (NSF). Данные собирались в течение пяти лет с использованием спутниковой системы GPS. Они свидетельствуют, что периодическое понижение уровня этого водоема может вызывать увеличение скорости движения льда над ним почти на 4%, причем каждый эпизод «ускорения» способно длиться до нескольких месяцев. Открытие и выяснение причин таких кратковременных динамических процессов поможет разработать более надежные методы предсказания долгосрочных изменений ледового покрова.

Доктор Александер Мишо из Университета штата Монтана (Alexander Michaud, Montana State University) и его коллеги использовали результаты анализа центральной части озерных отложений толщиной 38 см для изучения изменений химического состава воды в озере Уилланс. Как и предполагалось, вода в озеро поступает, в первую очередь, при таянии основания его ледяного «покрытия». Обнаружена также небольшая добавка морской воды, попавшей в отложения под ледником в течение последнего сравнительно теплого периода, когда антарктический ледовый щит немного отступил. Этот древний изолированный резервуар океанской воды продолжает влиять на биогеохимию озерной системы. Новое открытие не согласуется с более ранними исследованиями соседних ледяных потоков, в которых вода из подледных отложений оказалась разбавлена морской значительно слабее.

Тимоти Ходсон из Университета Северного Иллинойса (Timothy Hodson, Northern Illinois University) сообщает о результатах исследований других отложений со дна того же озера, продемонстрировавших наличие интересных взаимосвязей между ледниковым щитом, подледной гидрологией и донными осадками. Несмотря на наводнения, которые время от времени испытывало озеро, здесь в обозримом прошлом не было водных потоков, достаточно мощных для создания обширных дренажных каналов, каковыми на остальных континентах являются реки. Скорее всего, местность под этой частью ледяного покрова напоминает заболоченную прибрежную равнину, где водоемы, как правило, более широкие и мелкие (похожие на черноморские лиманы), а течение в них очень медленное.

Как уже было сказано, оледенение Антарктиды в основном завершилось около 15 млн лет назад, и с тех пор она сохраняется практически в неизменном виде. Однако ее ни в коем случае нельзя назвать «мертвым континентом»: антарктический ледяной щит находится в постоянном движении, а на его границе со скальным основанием протекают сложные динамические процессы, масштаб и природу которых исследователи только начинают понимать.

Согласно результатам анализа спутниковых данных, опубликованным в начале этого года в журнале Geology, самый большой в мире каньон и достаточно крупное озеро могут находиться под ледниковым покровом Антарктиды, в районе Земли Принцессы Елизаветы — одного из последних неисследованных участков земной суши.

Пока что открытие ожидает подтверждения прямыми замерами толщины ледника. Тем не менее, ученые утверждают, что обнаруженная структура сравнима по глубине с Большим Каньоном реки Колорадо на территории США и в несколько раз длиннее него. Считается, что протяженность нового каньона превышает 1100 км, а его глубина в некоторых местах достигает километра. Он состоит из последовательности извилин и прямолинейных участков, погребенных под слоем льда толщиной в несколько километров.

Сведения о подледном ландшафте Земли Принцессы Елизаветы весьма ограничены, поскольку измерения толщины льда в этой области почти не проводились, хотя они были бы очень важны для понимания динамики ледяного покрова и эволюции земного климата. Поэтому ученые пытаются описывать рельеф, образуемый скальными породами под ледяным щитом, в рамках предположения о том, что масштабные неровности этого рельефа так или иначе отображаются на поверхности ледника и могут быть идентифицированы на спутниковых снимках.

Читать:  В Антарктиде образовалась огромная дыра

Доктор Стюарт Джемисон из Университета Дарэма (Stewart Jamieson, Durham University, United Kingdom) и его соавторы считают, что исследуемый антарктический ландшафт, вероятно, был сформирован водной эрозией и может быть настолько древним, что отражает особенности рельефа на первоначальных этапах формирования Антарктиды. Однако он мог появиться и позже в результате размывания коренных пород и основания ледника подледными течениями.

Наличие глубоких ущелий в нескольких местах Земли Принцессы Елизаветы подтверждается данными эхолокации и радиозондирования, к тому же дренажный анализ указывает, что все эти ущелья направляют подледные талые воды на побережье между холмами Вестфолд и Западным шельфовым ледником. Весьма вероятно, что существует также связанное с каньоном большое подледное озеро, представляющее собой последний крупный водоем (площадью порядка 1250 км²) из тех, которые еще предстоит открыть в Антарктиде.

Открытие столь масштабного образования на поверхности Земли в наши дни говорит только об одном: мы исключительно мало знаем о том, что находится под ледниками. Ложе Антарктиды изучено намного хуже, чем поверхность Марса. Если мы сможем получить более четкие представления об укрытом слоем льда ландшафте, мы будем лучше понимать, как ледяной покров реагирует на изменения климата. Пока что ученые, занимающиеся исследованиями самого южного континента, плохо себе представляют взаимосвязь между рельефом скального основания ледника и формой поверхности последнего, поэтому гляциологи до сих пор «не замечали» многих выдающихся геологических особенностей — наподобие гигантского каньона, обнаруженного группой Джемисона. Очевидно, по мере улучшения понимания этих закономерностей нас ждет еще немало подобных открытий…

Меловое вымирание в Антарктиде

Массовое вымирание мелового периода — событие, известное также как CT-вымирание (Cretaceous-Tertiary extinction event) — считают ответственным за уничтожение не только динозавров, но и почти 50% всех существовавших в то время видов фауны. Это событие в историческом плане было весьма быстротечным и оказалось смертельно опасным даже для морской жизни, остатки которой до сих пор находят в Антарктике. Таков краткий итог нового исследования, базирующегося на результатах изучения более 6 тыс. окаменелостей возрастом от 65 до 69 млн лет и опубликованного в журнале Nature Communications.

Вымирание в Антарктиде было быстрым и всеобъемлющим, почти не отличаясь по темпам от аналогичных процессов, происходивших в то же время в других регионах планеты. Эти данные вполне согласуются с гипотезой, рассматривающей в качестве причины катастрофического события падение крупного метеорита, и противоречат утверждениям о значительной роли вулканизма в области Деканских трапов (Deccan Traps) на протяжении позднего Маастрихта — последнего этапа мелового периода.

Огромная коллекция окаменелостей, раскопанных палеонтологами на острове Сеймур в районе Антарктического полуострова, включает в себя широкий спектр видов — от маленьких улиток и моллюсков, обитавших на морском дне, до необычных крупных существ, которые плавали в поверхностных водах океана. К ним относится, в частности, Diplomoceras — аммонит размерами до 2 м, своими очертаниями напоминающий скрепку для бумаги, а также массивные морские рептилии, получившие название мозазавров (Mosasaurus).

«Антарктические породы содержат исключительную кладовую окаменелостей, которые снабдили нас новой и удивительной информацией об эволюции жизни 66 млн лет назад, — прокомментировала результаты исследований одна из авторов публикации, профессор Джейн Фрэнсис из Британской антарктической службы (Jane Francis, British Antarctic Survey). — Оказалось, что даже в регионах, близких к Южному полюсу, не были защищены от разрушительных последствий массового вымирания в конце мелового периода». Анализ развития жизни в этих регионах после сортировки окаменелостей по возрасту показывает резкое — на 65-70% — сокращение числа видов, обитавших в Антарктике в период, точно совпадающий со временем, когда по всему миру активно вымирали динозавры и многие другие группы живых организмов.

Ранее палеонтологи считали, что приполярные области были достаточно удалены от агента, ответственного за катастрофу конца мелового периода — являлось ли таковым падение астероида в Мексиканском заливе, где уже в наше время обнаружили гигантский ударный кратер Чиксулуб, или же им стал экстремальный вулканизм в провинции Декан в нынешней западной Индии. Тем не менее, в последнем случае изменения окружающей среды, связанные с выбросами в атмосферу вулканической пыли и газов, не распространились бы так далеко от очага гигантского извержения, как при мощном метеоритном ударе.

Подписывайтесь на наши каналы в Яндекс Дзен и Телеграмм
Подписаться
Уведомление о
guest
0 комментариев
Inline Feedbacks
View all comments
Loading Posts...