Почему в Антарктиде лед появился раньше, чем в Арктике?

Арктика и Антарктида находятся на противоположных полюсах планеты, и оба региона покрыты льдом – но важно, что их ледяные шапки образовались не одновременно. Портал Theconversation.com рассказал о научной работе, авторы которой выяснили, почему Антарктида покрылась льдом гораздо раньше.

На самом деле перед ними стоят две загадки. Первое: Антарктида покрылась льдом примерно 34 миллиона лет назад, тогда как Арктический регион был свободен ото льда еще 25 миллионов лет. Конечно, в это время уровень углекислого газа в атмосфере резко падал, что сыграло важную роль в понижении температуры. Но если бы это был единственный фактор, то оба полюса должны были бы замерзнуть одновременно. Но они этого не сделали — по какой-то причине Антарктида замерзла первой.

И вторая загадка заключается в том, что температура поверхности Южного океана оставалась неожиданно высокой даже в течение 10 миллионов лет после образования ледникового щита. По идее, воды, окружающие щит, также должны были значительно остыть.

Так в чем же причина? По мнению авторов исследования, опубликованного в журнале Science, ответы спрятаны глубоко под ледяными щитами – они находятся в горах и медленном движении геологических сил, которые их создали.

История начинается около 170 миллионов лет назад, когда Антарктида и Африка были частью единого суперконтинента. Их разделение отправило Антарктиду по траектории к Южному полюсу и запустило мощную цепную реакцию глубоко под поверхностью. Дело в том, что при разделении континентов горячее вещество мантии планет скапливается под ними, остывает и падает вниз. Движение магмы дестабилизирует основание соседнего континента, что приводит к возникновению цепочки нестабильностей, постепенно отрывающих фрагменты его «корней».

На научном языке эти нестабильности называются «мантийными волнами». Они проходят под континентами на протяжении миллионов лет, проталкиваясь сквозь тысячи километров горячих, липких пород. Мантийные волны также способны генерировать необъяснимые всплески поднятия суши даже вдали от разломов, где континенты изначально отделялись друг от друга.

Компьютерное моделирование показало, какое влияние мантийные волны могут оказать на Восточную Антарктиду. У берега они образовали большой склон высотой более двух километров. А на суше, в сотнях километров от побережья, мантийная волна унесла породу глубоко под континент. Подобно воздушному шару, теряющему равновесие, суша медленно поднималась, образуя просторное плато. Более того, поднятие породы продолжалось и дальше – она продвигалась вглубь материка и через 100 миллионов лет достигла Гамбурцевых гор. Сегодня этот горный массив покрыт тремя километрами льда.

Высота очень важна для образования льда. Температура воздуха падает примерно на 1 градус Цельсия на каждые 100 метров высоты, поэтому даже относительно небольшое повышение температуры может привести к тому, что горный массив подвергнется вечной мерзлоте. Еще 50 миллионов лет назад большая часть Гамбурцевых гор находилась на высоте ниже 1,5 км, что слишком мало для сохранения снега зимой. Но компьютерное моделирование показывает, что после этого момента мантийная волна достигла горного региона и подняла его на высоту более 2 км — достаточную для того, чтобы снег и лед накапливались круглый год.

Через 5 миллионов лет достаточно большая часть Антарктиды пересекла эту линию для образования горных ледников. Примерно в то же время ледяной покров также начал расти: к моменту континентального оледенения глобальная температура упала с 30 градусов по Цельсию до почти 20 градусов по Цельсию.

После появления горных ледников возникли две петли обратной связи. Лед и снег отражают больше света, чем камни, поэтому чем больше становился ледяной покров, тем сильнее он охлаждал окружающий регион. Кроме того, охлаждение воздуха в Антарктиде снизило концентрацию ледяного пара — мощного парникового газа. Сухой воздух, в свою очередь, покрыл регион изолирующим слоем, что позволило температурам упасть еще ниже.

Примечательно, что глобальное похолодание на 1 градус не заморозило Арктику, поскольку континенты в северном полушарии не пересекали высотную линию. Им потребовалось еще 25 миллионов лет, снижение уровня углекислого газа и очередное похолодание. Лишь после этого в Арктике начали формироваться крупные ледниковые щиты.