Ледяная машина времени: как ученые обнаружили воздух, которым дышала Земля полтора миллиона лет назад

В июле 2025 года в лаборатории Британской антарктической службы (BAS) в Кембридже произошло событие, которого климатологи ждали почти два десятилетия.

Из специальных морозильных камер, где температура поддерживается на уровне минус 23 градусов Цельсия, извлекли партию ледяных кернов, доставленных из Восточной Антарктиды. Эти цилиндрические образцы льда, поднятые с глубины 2800 метров, содержат пузырьки воздуха, запертые в ледяном плену полтора миллиона лет назад.

Чтобы осознать масштаб этого достижения, достаточно вспомнить: предыдущий рекорд непрерывного ледяного архива, полученный в рамках Европейского проекта по бурению льда в Антарктиде (EPICA) в начале 2000-х годов, охватывал лишь последние 800 тысяч лет истории Земли. Новый керн проекта Beyond EPICA — Oldest Ice почти вдвое старше.

Но возраст сам по себе не самоцель. Ученых интересует не просто число на этикетке образца. Их главная цель — разгадать одну из самых сложных загадок климатологии: почему примерно миллион лет назад климатический метроном Земли внезапно изменил свой ритм.

Новый рекорд 

До недавнего времени самым старым непрерывным ледяным архивом планеты считался керн проекта EPICA, добытый в начале 2000-х годов. Он охватывал 800 тысяч лет земной истории.

Новый образец, извлеченный в рамках проекта Beyond EPICA — Oldest Ice, уходит в прошлое на 1,5 миллиона лет. Чтобы добраться до этого льда, международной команде ученых из 10 европейских стран пришлось пробурить скважину глубиной 2800 метров на Малом куполе C в Восточной Антарктиде. Это место расположено на высоте 3200 метров над уровнем моря, примерно в 40 километрах от франко-итальянской станции «Конкордия». Лед здесь лежит слоями, как страницы гигантской книги, и каждая страница — это замерзшая атмосфера далекого прошлого.

Почему это важно: тайна сломанного метронома

Ученых интересует не просто возраст льда. Их интересует загадка, которую не могут разгадать уже несколько десятилетий.

Примерно 900 тысяч — 1,2 миллиона лет назад с климатом Земли произошло нечто странное. До этого момента ледниковые циклы ходили как часы: каждые 41 тысячу лет на планете наступало очередное оледенение, сменявшееся потеплением. А потом ритм вдруг изменился. Период между ледниковыми эпохами увеличился до 100 тысяч лет. И мы до сих пор живем в этом новом ритме.

«Что-то произошло примерно 900 тысяч лет назад, — объясняла доктор Кэтрин Ритц из Института геонаук в Гренобле еще на старте проекта. — Продолжительность ледниково-межледникового цикла увеличилась с 40 тысяч до 100 тысяч лет, и мы не знаем, почему так случилось».

Это событие называют среднеплейстоценовым переходом. И оно до сих пор остается одной из главных загадок климатологии. Ученые знают, что изменения связаны с орбитой Земли — циклы Миланковича, как их называют, влияют на количество солнечной энергии, достигающей планеты. Но этого недостаточно. И главный подозреваемый — углекислый газ.

«Мы знаем, что происходило с температурой, по морским отложениям, — рассказывал профессор Олаф Айзен из Института полярных и морских исследований имени Альфреда Вегенера, координатор проекта Beyond EPICA. — Но мы не знаем, что происходило с атмосферой. А это должны дать нам ледяные керны».

Как читать ледяную книгу

Ледяные керны — это, по сути, машины времени. Когда снег выпадает и постепенно спрессовывается в лед, он захватывает пузырьки воздуха. Эти пузырьки — нетронутые капсулы древней атмосферы. В них сохраняется точный состав газов: сколько было углекислого газа, сколько метана, сколько закиси азота.

Но и это не всё. Сам лед хранит информацию о температуре. Атомы водорода и кислорода в молекулах воды бывают разными — тяжелыми и легкими (изотопами). Их соотношение зависит от того, насколько тепло было на планете в момент образования снежинки. Это позволяет ученым восстанавливать температуру с поразительной точностью.

«Ледяные керны — уникальный материал для геонаук, поскольку служат настоящим архивом палеоатмосферы», — подчеркивает Олаф Айзен.

И теперь у исследователей впервые появится возможность сопоставить прямые данные о температуре и концентрации парниковых газов за период, охватывающий загадочный переход. Смогут ли они увидеть, как менялся уровень CO₂ в тот момент, когда климат переключился с 40-тысячелетнего цикла на 100-тысячелетний? Ответ на этот вопрос может кардинально изменить наше понимание того, как работает климатическая система.

Технический подвиг на краю земли

Чтобы получить эти образцы, команде примерно из 30 человек пришлось работать в экстремальных условиях при температуре до минус 35 градусов Цельсия. Буровая установка находилась на Малом куполе C — точке, выбранной после тщательных радиолокационных исследований, проведенных еще в сезонах 2016–2017 годов.

Выбор места — это отдельная научная задача. Нужно найти такой участок ледяного щита, где слои не перемешаны, где лед залегает ровно и где самые древние его горизонты не расплавились от геотермального тепла снизу. Бурение на глубину почти три километра — процесс, требующий ювелирной точности. Если бурить слишком быстро и агрессивно, керн может раскрошиться на маленькие кусочки, что сделает анализ очень трудным, а иногда и невозможным. Но если бурить слишком медленно, вы упустите цели. Тогда может понадобиться еще один сезон бурения, чтобы достичь коренной породы и самого древнего льда.

Всего было извлечено 190 фрагментов, каждый длиной около метра. Сейчас они хранятся при температуре минус 23 градуса в специальных морозильных камерах BAS в Кембридже. Доктор Лиз Томас, руководитель группы ледяных кернов BAS, уточняет: «Это самый драгоценный образец. Мы надеемся, что запись охватит по крайней мере 1,2 миллиона лет, мы надеемся на 1,5, но на самом деле может оказаться и больше».

Что дальше? Медленное таяние истории

Анализ кернов займет несколько месяцев, но на самом деле это только начало. Исследователи будут использовать метод непрерывного анализа потока: лед будут плавить сверхмедленно, миллиметр за миллиметром, и параллельно измерять химические элементы, частицы и изотопы. Каждый сантиметр льда — это десятки или сотни лет истории.

«Наши данные позволят получить первые непрерывные реконструкции ключевых экологических показателей — включая температуру атмосферы, направления ветра, площадь морского льда и продуктивность океана — за последние 1,5 миллиона лет», — говорит доктор Лиз Томас.

Британская команда была выбрана для ведущей роли в анализе примесей благодаря своему опыту и поддержке UK Research and Innovation.

Какие еще препятствия встретятся на этом пути

Конечно, не всё так просто. Даже когда лед извлечен, ученые сталкиваются с фундаментальными проблемами интерпретации. Во-первых, чем глубже лед, тем сильнее он сжат. Самые древние слои могут быть настолько тонкими, что годовые слои невозможно различить. Это снижает временное разрешение записи.

Во-вторых, есть вопрос о происхождении самого древнего льда. Моделирование, проведенное группой исследователей под руководством Айлсы Чанг, показало, что самые глубокие слои на Малом куполе C могут быть не непрерывным осадочным льдом, а так называемым «стоячим льдом» — слоем, который не движется вместе с ледниковым потоком. В таком слое хронология может быть нарушена. По оценкам ученых, толщина этого базального слоя может составлять 200–250 метров. Это значит, что самые древние образцы могут быть не в идеальном хронологическом порядке, который так нужен исследователям.

Тем не менее даже с этими оговорками проект Beyond EPICA обещает дать нечто беспрецедентное: прямые, непрерывные данные о состоянии атмосферы в эпоху, когда климат Земли переживал коренную перестройку.

Зачем нам знать о том, что было полтора миллиона лет назад

Казалось бы, какое отношение имеет климат далекого прошлого к нашей сегодняшней жизни? Самое прямое. И вот почему.

Сегодня концентрация парниковых газов в атмосфере выше, чем в любой момент за последние 800 тысяч лет — а возможно, и за последние несколько миллионов лет. Мы движемся на неизведанную территорию. Чтобы понять, как поведет себя климат в ответ на этот беспрецедентный эксперимент, нам нужны модели. А чтобы модели были точными, они должны правильно воспроизводить прошлое.

Лиз Томас объясняет: «Мы хотим понять, как будет меняться климат в будущем, и, по сути, чем больше информации мы можем предоставить о том, как климат менялся в прошлом, тем лучше будут наши прогнозы».

Понимание механизма, который 900 тысяч лет назад переключил климатический метроном с 41 тысячи лет на 100 тысяч, — это не просто удовлетворение академического любопытства. Это ключ к пониманию того, как сильно и как быстро климатическая система может реагировать на внешние воздействия. Это проверка наших моделей на самом суровом экзаменаторе — реальной истории Земли.

Как пишут авторы одного из ключевых документов, определивших научную программу проекта: «Ученые-климатологи обязаны давать реалистичные оценки того, как будет меняться климат в будущем. Для этого нужны точные модели того, как работает климатическая система Земли и как она реагирует на изменения. Это, в свою очередь, требует понимания всех процессов, которые могут происходить, и того, как они взаимодействуют. Эти знания приходят только из изучения прошлого».

Ледяное наследие

Сейчас 190 метров самых древних пород льда находятся в лабораториях Европы. В ближайшие годы ученые будут буквально по молекулам разбирать их, чтобы восстановить историю планеты.

Каждый пузырек воздуха, который будет выпущен из ледяного плена, расскажет свою историю. О том, сколько углекислого газа было в атмосфере, когда наши далекие предки только учились ходить на двух ногах. О том, как менялась температура, когда ледники наступали и отступали. О том, как планета пережила одну из самых загадочных климатических трансформаций в своей истории.

«Нет другого места на Земле, где сохранилась бы такая длинная запись прошлой атмосферы, как в Антарктиде, — говорит Лиз Томас. — Это наша лучшая надежда понять фундаментальные движущие силы климатических изменений Земли».

И, возможно, понять, куда мы движемся сейчас.