Два сейсмографа на одном берегу: как ледяные керны слышат разные океаны ✛
На побережье Земли Королевы Мод стоят два ледяных керна, как два сейсмографа на одном берегу. Один, FK17, пробурён на гребне ледяного поднятия Локерюгген, другой, TIR18, на гребне Хаммарюгген. Их разделяет сотня километров, но они ловят разные подземные толчки климата. Один слышит Тихий океан, другой — Атлантику и Индийский океан.
Снег, который падал здесь 250 лет, спрессовался в лёд и сохранил изотопный состав кислорода (δ18O) — отношение тяжёлого кислорода к лёгкому. Это термометр прошлого: чем теплее воздух, тем больше тяжёлого изотопа в снежинке. Учёные измерили δ18O в верхних 120 метрах каждого керна с шагом 5 сантиметров на лазерном спектрометре PICARRO L 2130-i. Получились временные ряды с 1979 по 2010 год, очищенные от сезонного цикла и высокочастотного шума.
Спектральный анализ разложил сигналы на периодические составляющие. У FK17 проявились резкие пики на периодах 3, 4, 6, 8 и 10–12 лет, у TIR18 — более размытые на 3, 5, 7 и 22–28 лет. Но совпадение ритмов ещё не говорит, кто кем управляет. Поэтому применили причинный анализ методом Лянга–Климана: он оценивает скорость переноса информации от климатических индексов к δ18O, опираясь на изменение энтропии Шеннона. Это позволяет отличить причину от простого совпадения.
Причинный анализ показал, что на FK17 значимо влияют Эль-Ниньо, Тихоокеанская декадная осцилляция, Южная кольцевая мода, диполь Индийского океана и площадь морского льда в секторах 0–20°E и 20–40°E. На TIR18 главными оказались Эль-Ниньо, Тихоокеанская декадная осцилляция, диполь Индийского океана, Атлантическая мультидекадная осцилляция и площадь льда в секторах 20–40°E и 40–55°E. Различия между точками связывают с разными источниками воздушных масс: к TIR18 они приходят с более восточных и континентальных направлений.
Так два сейсмографа на одном берегу рассказали, что каждый слышит свой океан. Раньше было непонятно, какие именно климатические моды управляют низкочастотными колебаниями δ18O в прибрежных кернах Земли Королевы Мод и почему соседние точки дают разные сигналы. Теперь ясно: на FK17 действуют Эль-Ниньо, Тихоокеанская декадная осцилляция, Южная кольцевая мода, диполь Индийского океана и морской лёд западных секторов, а на TIR18 — Эль-Ниньо, Тихоокеанская декадная осцилляция, диполь Индийского океана, Атлантическая мультидекадная осцилляция и лёд восточных секторов. Впервые выявлено влияние диполя Индийского океана. Методику можно сразу применять к другим прокси из этих же кернов и к любым палеоклиматическим рядам, где нужно отличить причину от корреляции.
Два керна пробурены всего в ста километрах друг от друга, но их изотопные спектры различаются сильнее, чем у некоторых кернов, разделённых тысячами километров. Причина в том, что воздушные массы к TIR18 приходят с востока и несут более континентальный сигнал, а к FK17 — с запада, над морем Уэдделла.