Тропический лес в Антарктике

Окаменелости мелового периода в Западной Антарктиде, соответствующие пику потепления 90 миллионов лет назад, указывают на существование тогда влажного тропического леса вблизи Южного Полюса.

Группа исследователей из Великобритании и Германии обнаружила в донных морских отложениях мелового периода за Южным Полярным кругом следы почвы, на которой рос тропический лес. На трёхметровом участке глубин, соответствующих началу позднего мела, или примерно 90 млн лет назад, найдены остатки корневой системы деревьев, споры и пыльца, указывающие на значительно более тёплый климат в то время. Сам лес, вероятно, был подобен современным тропическим лесам расположенной неподалёку Новой Зеландии. Статья группы из 30 соавторов по результатам исследований вышла 6 апреля 2020 г. в Nature. Она продолжает цикл статей, посвящённых геологии шельфа и побережья Западной Антарктики. В данном случае речь идёт о палеореконструкции по результатам морского бурения в море Амундсена в одной из экспедиций немецкого исследовательского полярного судна — ледокола Polarstern.

Меловой период (Cretaceous) — последний период мезозойской эры («эры динозавров»). Он начался 140 миллионов лет назад и сменился кайнозойской эрой («эрой млекопитающих») 65 миллионов лет назад. Его середина (около 90 миллионов лет назад) считается самым тёплым временем в истории Земли за последние 140 миллионов лет. Уровень океана был на 170 метров выше сегодняшнего, а поверхность воды в тропиках была разогрета до 35° C. Антарктида тогда, насколько мы можем судить, не была изолированным континентом с покровным ледником по всей площади, как сейчас. Она была соединена сухопутными перешейками с соседними материками — Южной Америкой (на месте будущего пролива Дрейка) и «конгломератом» из современных Австралии и Новой Зеландии (Тасманов пролив).

Эти современные материки вместе с Африкой и Индийским полуостровом являются осколками последнего суперконтинента в Южном полушарии — Гондваны, распад которого завершился как раз на протяжении мезозойской эры. Ледовый покров Антарктиды, каким мы его знаем сегодня, сформировался значительно позже, уже в середине кайнозоя (30—40 миллионов лет назад), и был во многом обусловлен разрывом этих материковых перешейков. Изоляция Антарктического континента, теперь почти точно центрированного возле Южного Полюса, вызвала появление Антарктического циркумполярного течения, которое и довершило формирование на нём покровного ледника. Этот ледник играет большую роль в планетарной экосистеме, собрав значительную часть вод Мирового океана и тем самым освободив значительную часть суши для сухопутных животных, включая нас.

Во время экспедиции 2017 года ледокол «Поларштерн» впервые выполнял программу подводного бурения в нескольких точках дна на шельфе моря Амундсена. Его роботизированный бур имел возможность вскрыть донные породы в среднем на глубины в несколько десятков метров, забуриваясь, как правило, в отложения кайнозоя и верхов мезозоя. Наиболее ценным трофеем подводных буровых пород является керн — столб ненарушенной горной породы, который при бурении «вырезается» буровым долотом. Обычно из нескольких десятков метров пробуренной глубины удаётся извлечь в общей сложности несколько метров керна с разных глубин. На одном из участков бурения вблизи ледника Пайн-Айлэнд, где удалось пробурить дно на глубину около 30 метров, керн с нескольких последних метров привлёк внимание геологов необычным тёмным цветом сцементированной глинистой породы, отличным от вышележащих отложений. Стратиграфически этот интервал как раз соответствовал началу верхнего мелового периода, точнее — его ярусам от туронского до сантонского согласно Международной стратиграфической шкале, что соответствует интервалу времени от 94 до 84 миллионов лет назад. Компьютерная рентгеновская томография позволила обнаружить плотную корневую систему, которая пронизывала весь этот необычный интервал. Кроме того, удалось выполнить анализ спор и пыльцы, сохранившихся в породе. Это позволило, во-первых, точно установить геологический возраст пород, то есть привязать их к указанному стратиграфическому интервалу с турона по сантон, а во-вторых, реконструировать происхождение этих пород. Они действительно оказались почвами болотистого тропического леса с преобладанием хвойных (эра более привычных нам лесов с преобладанием покрытосеменных растений придёт несколько позже, в кайнозое). Кроме того, из-за перемещения литосферных плит широта найденного участка в то время была другой: оказывается, он был ближе к Южному Полюсу, чем сейчас, находясь на расстоянии около 900 километров от него, на 82 градусах южной широты.

Моделирование палеоклиматических условий на этом промежутке геологического времени показало, что средняя годовая температура тогда должна была составлять 12 градусов, и летом доходить до 19—20 градусов даже на тех широтах со значительным количеством осадков — как раз для современного тропического леса. Для поддержания такого климата содержание углекислого газа в атмосфере для создания парникового эффекта должно было составлять 1120—1680 ppmv («объёмных частей на миллион»). Отметим, что в таких «точных» цифрах в этом и подобных исследованиях магии нет. В данном случае в качестве базового принимается уровень концентрации CO₂ в доиндустриальную эпоху — 280 ppmv. С некоторым разбросом мнений эта величина соответствует тому, что мы знаем о накоплении углекислого газа до эры машин. Магические числа 1120, 1680 — это просто четырёх- и шестикратные уровни доиндустриальной концентрации диоксида углерода, которые являлись вводными для разных циклов моделирования. Кроме того, если в экосистеме действительно поддерживалась такая температура, это исключает существенный ледяной покров в то время даже в окрестностях Южного Полюса: для удержания солнечного тепла земля должна иметь низкую отражающую способность, то есть быть покрытой густой растительностью, а не похожей на зимнюю тундру.

Один из спорных вопросов палеоклиматологии — как выглядела Антарктида во времена мезозойского тёплого климата и могло ли тогда существовать сопоставимое с сегодняшним покровное оледенение. Исследование позволяет прояснить роль парниковых газов в разогреве Земли, а также — отражающего свет ледяного покрова для её охлаждения. Без такого количества углекислого газа в атмосфере, а также при современных площадях антарктического льда условия для тропического леса почти возле полюса не могли быть достигнуты. Теперь предстоит выяснить, что послужило причиной резкого похолодания и  окончания «золотого века» с тропическими лесами в Антарктике.