Относительная роль прямого орбитального воздействия по сравнению с обратными связями CO2 и ледников во время четвертичного климата

Почему далёкие ледниковые эпохи важны и сегодня

Климат Земли колебался между глубокими ледниковыми фазами и тёплыми интергляциалами на протяжении последних 2,58 миллиона лет. Понимание причин этих колебаний помогает проверять климатические модели и уточнять картину того, как диоксид углерода и ледяные щиты формируют температуры на временных шкалах, намного превышающих историю человечества. В этом исследовании авторы решают давний вопрос: были ли эти древние подъёмы и спады в основном вызваны крошечными качаниями орбиты Земли вокруг Солнца или реакцией парниковых газов и ледяных щитов на эти орбитальные толчки?

Умные сокращения для моделирования далёкого прошлого

Запуск полноформатной глобальной климатической модели непрерывно на протяжении миллионов лет потребовал бы десятилетий суперкомпьютерного времени. Чтобы обойти это, авторы сначала использовали сложную климатическую модель для создания большой библиотеки снимков при многих сочетаниях уровней парниковых газов, размеров ледяных щитов и орбитальных параметров. Затем они обучили статистический инструмент — эмулятор — чтобы он усвоил, как температура и осадки реагируют на эти входные параметры. После обучения эмулятор может производить глобальные карты температуры приземного воздуха и осадков каждые тысячу лет по всему четвертичному периоду при крайне малой доле вычислительных затрат.

Проверка эмулятора по климатаархивам Земли

Чтобы выяснить, можно ли доверять эмулятору, команда сравнила его выходные данные с климатическими подсказками, сохранившимися в ледяных кернах и морских осадках. Для ледяного керна Дома C в Антарктиде, который регистрирует локальную температуру воздуха, эмулятор близко повторяет как хронологию, так и амплитуду большинства тёплых и холодных периодов за последние 800 000 лет. На нескольких океанских участках он также улавливает ритм ледниковых и межледниковых колебаний, хотя имеет тенденцию недооценивать величину некоторых ранних температурных изменений. Для осадков они сравнили эмулятор с записями кислородных изотопов из китайских пещер, отражающими силу муссонов. Здесь эмулятор также воспроизводит основные подъёмы и спады и их ритм, заданный орбитальными циклами, особенно смещения сезонных муссонных осадков, управляемые прецессией.

Разделение драйверов древних климатических изменений

После валидации эмулятор стал лабораторией для вопроса о том, что действительно управляет долгосрочными климатическими сдвигами. Авторы провели набор «а что если» экспериментов, в которых разрешали варьироваться только одному фактору или определённым комбинациям факторов, удерживая остальные постоянными. Затем они сравнили каждый эксперимент с полным прогоном, в котором менялись парниковые газы, объём льда и все три орбитальных параметра. Этот анализ показал, что изменения концентрации атмосферного диоксида углерода объясняют чуть более половины глобального годового среднего сигнала температуры, тогда как изменения ледяных щитов дают примерно треть. Напротив, прямое влияние орбитальных изменений на годовой средний температурный режим очень мало — оно вносит лишь несколько процентов в целом, хотя изменение наклона оси (обликуитет) заметно влияет на высоких широтах.

Что результаты говорят о прошлом и будущем Земли

Исследование показывает, что в четвертичный период медленные орбитальные циклы Земли действовали главным образом как метроном: они подталкивали климатическую систему, но большие температурные колебания усиливались обратными связями CO2 и ледяных щитов. Иными словами, орбитальные изменения задавали время наступления ледниковых и межледниковых периодов, в то время как смещение концентраций парниковых газов и рост или сокращение ледяных щитов выполняли основную работу по охлаждению и нагреву планеты. Для неспециалиста ключевое сообщение таково: чувствительность климата к диоксиду углерода и льду достаточно сильна, чтобы перестраивать климат планеты на длительных шкалах времени, даже если первоначальный импульс от орбитальных изменений относительно невелик. Это укрепляет идею о том, что изменения парниковых газов имеют центральное значение для понимания как прошлого, так и будущего климата.

Цитирование: Williams, C.J.R., Lord, N.S., Kennedy-Asser, A.T. et al. The relative role of direct orbital forcing versus CO₂ and ice feedbacks on Quaternary climate. Nat Commun 17, 4254 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-70750-3

Ключевые слова: четвертичный климат, орбитальное воздействие, обратные связи CO2, ледяные щиты, эмулятор климата