Научное исследование, проведенное учеными из Университета Райса и Технологического института Джорджии, анализирует архивные данные о древних тропических тихоокеанских кораллах за последнее тысячелетие. Эта запись может помочь ученым уточнить свои модели того, как изменяющиеся условия в Тихом океане, особенно в результате извержений вулканов, влияют на возникновение явлений Эль-Ниньо, которые являются основными движущими силами глобального климата.
Они обнаружили, что соотношение изотопов кислорода, секвестрированных в кораллах, что является точным показателем исторических температур океана, не показывает корреляции между оценками количества сульфатных частиц, выброшенных в атмосферу в результате извержений тропических вулканов и явлениями Эль-Ниньо.
Этот результат может представлять особый интерес для ученых, которые предполагают, что заполнение атмосферы блокирующими солнце частицами может помочь обратить вспять глобальное потепление.
По словам ученого-климатолога Райс и основного автора Сильвии Ди, предыдущие исследования климатических моделей часто связывают извержения вулканов, которые увеличивают содержание сульфатных аэрозолей в атмосфере, с повышенными шансами на явление Эль-Ниньо.
Но способность анализировать климатические условия на основе изотопов кислорода, захваченных ископаемыми кораллами, расширяет климатологические данные этого ключевого региона по более чем 20 древним извержениям. Ди сказал, что это позволяет провести более тщательную проверку соединения.
«Многие исследования по моделированию климата показывают динамическую связь, когда извержения вулканов могут инициировать явления Эль-Ниньо», – сказал Ди. "Мы можем запускать климатические модели на много веков назад, имитируя извержения вулканов за последнее тысячелетие.
"Но модели – это всего лишь модели, а записи о кораллах отражают реальность."
Данные о кораллах, которые ученый-климатолог из Технологического института Джорджии Ким Кобб и ее команда усердно собирали во время поездок в Тихий океан, показывают слабую связь между известными вулканами и событиями Эль-Ниньо за это время.
Подобно годичным кольцам, эти палеоклиматические архивы содержат химические индикаторы, изотопы кислорода, состояния океана в то время, когда они формировались.
Данные по кораллам дают рекорд с высокой точностью с разрешением менее месяца, отслеживая Эль-Ниньо-Южное колебание (ENSO) в центре центральной тропической части Тихого океана.
Восемь кораллов, пересекающихся во времени, недавно изученных Кобб и ее коллегами, однозначно зафиксировали состояние за 319 лет, с 1146 по 1465 годы. Эти и данные по другим кораллам охватывают более 500 лет последнего тысячелетия и, как они писали, «представляют собой окно в влияние крупных извержений вулканов на тропический климат Тихого океана."
Этот промежуток времени включает извержение 1257 г. Самалас, самый большой и самый серный в прошлом тысячелетии.
Кобб сказала, что ее лаборатория в течение многих лет разрабатывала методы и расширяла список кораллов. «Моя первая экспедиция на острова была в 1997 году, и с тех пор я почти полностью сосредоточился на извлечении самых лучших записей из этих регионов», – сказала она, отметив, что лаборатория выпустила множество статей по этой теме, в том числе новаторское исследование 2003 г. по ЭНСО в природе.
Кобб сказал, что датировка образцов древних кораллов зависит от точного датирования по урану и торию, за которым следуют тысячи масс-спектрометрических анализов изотопов кислорода кораллов из порошков, просверленных через каждые 1 миллиметр поперек оси роста кораллов. "Это говорит о восстановлении температуры", – сказала она. «Мы заимствуем 70 лет работы с этим конкретным химическим веществом, чтобы установить надежный температурный показатель в кораллах."
По словам Кобба, изотопы кислорода-16 в кислород-18, обнаруженные спектрометрическим методом, показывают температуру воды в момент образования коралла. «Соотношение этих двух изотопов в карбонатах зависит от температуры», – сказала она. "Это волшебство: оно основано на чистой термодинамике."
«Эта красивая коралловая пластинка очень чувствительна к событиям Эль-Ниньо и Ла-Ниньо, в зависимости от своего местоположения», – добавил Ди. "Мои сотрудники работали над расширением этого рекорда по кораллам, чтобы охватить период, когда, как мы знаем, было много взрывных извержений вулканов, особенно в первой половине тысячелетия.
«Ученые восстановили время этих извержений вулканов по данным ледяного керна», – сказала она. «Мы сравнили время крупнейших извержений с данными о кораллах, чтобы увидеть, повлияли ли вулканические похолодания на тропический тихоокеанский климат."
По словам Ди, только некоторые вулканы выбрасывают твердые частицы – особенно частицы сульфата, что приводит к явлению, называемому вытеснением сульфатных аэрозолей – в стратосферу, где частицы отражают приходящий солнечный свет и охлаждают планету в краткосрочной перспективе. «Но влияние этого похолодания на тропическую часть Тихого океана неопределенно и может быть неоднородным в региональном отношении», – сказала она.
«Наше исследование предполагает, что связи (между вулканами и ЭНСО) не существует или, если она есть, то она скрыта большой естественной изменчивостью климатической системы», – сказал Ди. «В целом Эль-Ниньо – это естественный осциллятор в климатической системе. Это продукт хаоса, как Slinky, бегающий взад и вперед.
Он настолько силен, что система может быть невосприимчивой к сильным климатическим изменениям, таким как кратковременное вулканическое похолодание.
«Между прочим, наше научное сообщество использует те же модели климата, которые мы оценивали, чтобы оценить реакцию климата на геоинженерию и схемы управления солнечным излучением, в которых используются сульфатные аэрозоли», – сказал Ди. Кобб и Ди охарактеризовали исследование как поучительную историю для тех, кто изучает геоинженерию. «Нет никаких сомнений в том, что если мы введем стратосферные аэрозоли, мы охладим планету», – сказал Кобб. "Это было показано и смоделировано. Мы пытаемся спросить, что еще происходит?
И насколько хорошо мы можем предсказать, что? Наша работа действительно мотивирует дальнейшие исследования, чтобы конкретизировать весь спектр воздействия сульфатных аэрозолей на климат."