Зростання та відступ Ісландського льодовикового щита протягом останніх 230 тисяч років неодноразово змінювали хімічний склад вод Північної Атлантики. До такого висновку дійшли фізики довкілля з Гайдельберзького університету, про що повідомляє Newswise Science News. Вони пов’язують ці зміни з взаємодією ісландського льоду та вулканізму.
Ізотопний «відбиток пальця» океанічних вод
Команда Інституту фізики довкілля проаналізувала осадові керни з північно-східної Атлантики, з району плато Роколл. У цих глибоководних відкладах вони вимірювали ізотопний склад рідкісноземельного елемента неодиму (Nd).
Ізотопний склад неодиму у морській воді — один із найпоширеніших інструментів для реконструкції змін океанічної циркуляції в недавньому геологічному минулому. Метод спирається на припущення, що хімічні «відбитки» великих водних мас залишаються відносно сталими з часом.
Однак результати дослідження під керівництвом проф. Норберта Франка (Norbert Frank) показують, що для Північної Атлантики в льодовикові епохи це припущення не працює. Ізотопний сигнал у кернах з плато Роколл істотно змінювався, що свідчить про повторювані й значні перебудови хімії морської води.
Як лід і вулкани Ісландії змінювали неодим
Різні типи континентальних порід мають свої характерні ізотопні підписи. Співвідношення ізотопів 143Nd/144Nd у розчиненому в морській воді неодимі відображає породи, з яких цей елемент вивільнився.
Коли під час льодовикових періодів ісландський льодовиковий щит розширювався і прорізав базальтову кору острова, він подрібнював її у великі обсяги дрібного, дуже реакційного мінерального пилу. Цей матеріал потрапляв у навколишні води Північної Атлантики, де розчинявся й вивільняв неодим з виразним радіогенним підписом — збагаченим ізотопом 143Nd.
Аналіз ізотопів неодиму в осадовому керні ODP Site 982 на плато Роколл показав, що верхні водні маси Північної Атлантики під час максимумів заледеніння були значно більш радіогенними, ніж у теплі міжльодовикові періоди. Ці коливання тісно корелювали з об’ємом Ісландського льодовикового щита.
Модель показала «ритм» льодовикових циклів
Щоб перевірити свої висновки, науковці створили так звану коробкову (box) модель, яка відтворює зміни, зафіксовані в глибоководних осадах. Модель показала, що вплив вулканічного матеріалу на хімію морської води був не просто лінійною функцією його надходження, а чутливою реакцією на динаміку льодовика в Ісландії.
Найсильніші зміни припадали на періоди швидкого наростання льоду. За словами д-ра Антао Сюй (Antao Xu), ізотопний сигнал «майже крок у крок» слідував за ритмом льодовикових епох. Це вказує, що саме ісландські льодовикові щити були рушійною силою повторюваного переформатування хімії вод Північної Атлантики протягом останніх 230 тисяч років.
Дослідники також показали, що льодовиковий щит контролював надходження до океану мікроелементів, зокрема заліза. Це, ймовірно, впливало на морські екосистеми та вуглецевий цикл під час льодовикових періодів.
Наслідки для реконструкцій минулого клімату
Проф. Франк наголошує, що результати підкреслюють ключову роль льодовикових систем високих широт у регулюванні океанічної хімії. Вони мають і методологічні наслідки: вчені закликають обережніше ставитися до припущення про сталі ізотопні «відбитки», які використовують для реконструкції минулої океанічної циркуляції.
Робота також виявляє раніше недооцінену ланку між криосферою (льодовими покривами), вивітрюванням континентальних порід і хімією океану. Дослідження виконано в межах проєкту, профінансованого Німецьким науковим товариством, і базується на осадових кернах програми Ocean Drilling Program / International Ocean Discovery Program, наданих сховищем кернів IODP у Бремені. Результати опубліковано в журналі Science Advances.