Антарктический лед встречается со скалистым побережьем. Исследователи проследили особенности ландшафта от прибрежного уступа Земли Королевы Мод высотой два километра до подледниковых гор Гамбурцева, скрытых под слоем льда толщиной 1–3 км. Фото: Мэтт Палмер

Первый ледниковый щит Антарктиды, возможно, начал формироваться с геологического задела, скрытого глубоко под континентом.

За миллионы лет до того, как толстый слой льда покрыл Северное полушарие, внутренние силы Земли подняли Восточную Антарктиду, превратив ее в обширный регион с горами и плато. На возвышенностях было достаточно холодно, чтобы сохранялся снег, даже когда на планете было примерно на 5 °C (9 °F) теплее, чем сейчас.

Новое исследование, опубликованное в журнале Science, предполагает, что эта медленная трансформация ландшафта объясняет, почему Антарктида покрылась льдом примерно 34 миллиона лет назад, в то время как в Арктике крупных ледниковых щитов не было.

Этот процесс начался гораздо раньше, когда древний суперконтинент Гондвана начал распадаться. Когда Антарктида и Африка начали отдаляться друг от друга в юрский период, примерно 201–143 миллиона лет назад, этот процесс нарушил движение горячих, медленно перемещающихся пород под земной корой.

Мантийные волны подняли целый континент

Эти возмущения вызвали волны в мантии, которые постепенно отделяли материал от глубинных корней континента. По мере того как этот тяжелый материал опускался, поверхность над ним поднималась, и Восточная Антарктида поднималась на протяжении десятков миллионов лет.

Со временем в Восточной Антарктиде сформировались крутой береговой уступ, широкое возвышенное плато и горы Гамбурцева. Сегодня эти горы почти полностью скрыты под слоем льда толщиной от 1 до 3 км (от 0,6 до 1,9 мили).

Ведущий автор исследования Томас Гернон, профессор наук о Земле в Саутгемптонском университете, объяснил: «Поверхность суши в Антарктиде постепенно поднималась, пока лед не закрепился там окончательно, даже несмотря на то, что окружающие полярные океаны и глобальные температуры оставались на удивление высокими».

Как Антарктида достигла переломного момента в формировании ледяного покрова

Гернон и его коллеги с помощью компьютерного моделирования реконструировали более 100 миллионов лет эволюции ландшафта. Их модели связывали распад тектонических плит с изменениями в мантии, эрозией на поверхности, ростом гор и, в конечном итоге, появлением постоянного оледенения.

Примерно 45 миллионов лет назад обширные территории Восточной Антарктиды поднялись над критическим порогом примерно в 2 км (1,2 мили). На этих высотах температура была достаточно низкой, чтобы горные ледники могли пережить лето, расти из года в год и в конце концов слиться друг с другом.

Доктор Теа Хинкс, старший научный сотрудник Саутгемптонского университета и соруководитель исследования, сказала: «Мы обнаружили, что наши модели могут реалистично отобразить эволюцию прибрежного уступа высотой два километра, возвышенного плато и внутренних гор, которые в конечном итоге сформировали Восточно-Антарктический ледниковый щит». 

Быстро движущийся ледник Бэрда в Антарктиде проходит через Трансантарктические горы, стекая с полярного плато (слева) на шельфовый ледник Росса (справа). На этом цветном инфракрасном спутниковом снимке красные пятна обозначают обнаженную скальную породу. Исследователи предполагают, что формирование ледникового щита началось с поднятия горных пород. Источник: Геологическая служба США

Почему Антарктида замерзла раньше Арктики

Эта возвышенность дала Антарктиде преимущество, которого не было у Арктики. Несмотря на снижение уровня углекислого газа (CO₂) в атмосфере, сокращение выбросов парниковых газов само по себе не могло полностью объяснить, почему один полюс замерз намного раньше другого.

«Если бы снижение уровня CO2 было единственной причиной, можно было бы ожидать, что полюса отреагируют более симметрично, — объясняет Гернон. — Но вместо этого Антарктида получила значительное преимущество, потому что геологические процессы подняли сушу на большую высоту, из-за чего там стало холоднее».

Высота гор превысила критический порог

Разница между тем, чтобы снег не таял летом, и тем, чтобы он таял, может зависеть от удивительно небольшого изменения высоты.

«Топография имеет фундаментальное значение для оледенения. Температура воздуха может снижаться на 1 °C на каждые 100 метров высоты», — говорит доктор Гай Паксман, научный сотрудник Королевского общества в Даремском университете и соавтор исследования.

Еще 50 миллионов лет назад большая часть Гамбурцевских гор находилась на высоте менее 1,5 км (0,9 мили). К тому времени, когда около 34 миллионов лет назад началось масштабное оледенение Антарктиды, почти половина хребта поднялась более чем на 2 км (1,2 мили).

Это позволило снегу оставаться на склонах в течение лета и образовывать постоянные ледяные шапки. Затем ледники распространились вниз по склонам гор и через плато, в конечном итоге слившись с Восточно-Антарктическим ледниковым щитом.

Обратная связь с климатом привела к оледенению Антарктиды

Как только лед начал распространяться, это создало условия для образования еще большего количества льда.

«По мере расширения ледяного щита его яркая поверхность отражала все больше солнечного света обратно в космос, что еще больше охлаждало регион», — говорит доктор Филип Гудвин, физик-климатолог из Саутгемптонского университета и соавтор исследования.

Этот процесс, известный как «эффект ледяного альбедо», снизил глобальную температуру примерно на 1 °C (1,8 °F). Однако охлаждение все же было недостаточно сильным, чтобы образовались сопоставимые по размеру ледяные щиты в Северном полушарии, где большая часть арктических территорий располагалась на более низких высотах.

Охлаждающие обратные связи ускорили замерзание Антарктиды

Охлаждение Антарктиды также привело к осушению атмосферы. Поскольку холодный воздух содержит меньше водяного пара, стало меньше газа, удерживающего тепло, который мог бы изолировать планету. Это ослабило согревающий эффект атмосферы и привело к дальнейшему понижению температуры.

«В совокупности эти обратные связи позволили антарктическому ледниковому щиту распространиться от гор по всему континенту и в конечном итоге достичь побережья», — добавил Гудвин.

Для сравнения: в Северном полушарии обширные ледниковые щиты появились лишь в последние пять миллионов лет, то есть почти через 30 миллионов лет после трансформации Антарктиды.

Внутреннее строение Земли может приводить к ледниковым периодам

Полученные данные свидетельствуют о том, что начало ледникового периода зависит не только от изменений в атмосфере. Тектоника плит и активность в недрах Земли могут изменить очертания континентов задолго до того, как будет достигнут климатический порог, определяющий, где сначала появляется снег и где может сформироваться ледниковый щит.

«Наши результаты показывают, что внутреннее строение Земли подготавливает ландшафты к оледенению, определяя, когда и где становятся возможны крупные климатические изменения, такие как оледенение Антарктиды, — объясняет Гернон. — Это невероятно важно для понимания древних ледниковых периодов на Земле, а также будущих переломных моментов в климатической системе».

Восточно-Антарктический ледниковый щит, сформировавшийся в результате этих изменений, сейчас является крупнейшим на планете. В нем содержится столько замерзшей воды, что в случае его полного таяния уровень мирового океана поднимется примерно на 52 метра (171 фут).