Глубоко под поверхностью океана глубинные течения выступают в качестве конвейерных лент, переносящих тепло, углерод, кислород и питательные вещества по всему миру.
Новое исследование Ирины Маринов из университета Пенсильвании и Раффаэле Бернарделле и его коллег из университета Макгилла обнаружило, что недавние изменения климата могут замедлить одну из этих конвейерных лент с потенциально серьезными последствиями для будущего климата планеты.
«Наши наблюдения показывают нам, что изменяется сила течений в этих глубоких водах вблизи Антарктиды, — говорит Маринов. Это вызывает тревогу, потому что, если это так, мы, вероятно, увидим уменьшение поглощения антропогенных тепла и углекислого газа океаном, что ускорит дальнейшее изменение климата».
Океанографы заметили, что антарктические придонные воды, массивный поток холодной, соленой и плотной воды, которая течет в 2000 метров ниже поверхности океана от Антарктического побережья в сторону экватора, сокращается в последние десятилетия. Это является причиной для беспокойства, так как ученые считают, что Южный Океан поглощает около 60% антропогенной тепловой энергии, производимой на Земле и от 40 до 50 процентов антропогенного углекислого газа.
«Процессы, происходящие в Южном Океане становятся очень, очень важными в формировании климата», — говорит Маринов.
Совместно с коллегами, Маринов использует модели, позволяющие определить, является ли сокращение антарктических донных течений следствием влияния человечества на окружающую среду.
Они рассмотрели необычное явление, которое обнаружилось при изучении спутниковых снимков, сделанных в период между 1974 и 1976 годом. Были обнаружены большие свободные ото льда области в Море Уэдделла. Полыньи, участки, свободные ото льда, образуются, когда теплые воды Северо-Атлантического происхождения поднимаются вверх в направлении поверхности Южного Океана. В процессе сепарации, соляной раствор, полученный в процессе образование морского льда образует резервуар холодной, соленой воды на поверхности Моря Уэдделла. В динамическом процессе плотная вода с поверхности смешивается с теплой водой из глубин, этот процесс называется конвекцией.
Полыньи не наблюдались в Море Уэдделла после 1976 года, ведущие исследователи считают, что они — и, следовательно, вертикальная конвекция в океане — были редким событием.
В новом исследовании предполагается, что полыньи, были более распространены в доиндустриальную эпоху, перед началом антропогенного изменения климата.
Причиной называется то, что изменение климата привело к увеличению осадков вокруг Антарктиды, что приводит к повышению уровня пресной воды на поверхности. Пресная вода легче соленой, не может опуститься через слои океанской соленой воды, что уменьшает процесс конвекции в Южном Океане.
«Это важно, потому что тот процесс глубокой конвекции, что происходит при образовании полыньи, вносит большой вклад в формировании антарктических глубинных течений, которые питают остальной океан», — отметила Маринов.
Рассматривая данные из 20 000 точек, исследователи показали, что поверхность Южного Океана изменилась в течение последних 60 лет. Они также обнаружили, что вертикальный градиент солености и плотности увеличился в Южном Океане, что позволило предположить, что смешивание вод стало менее интенсивным.
Используя климатическую модель последнего поколения, учитывающую изменение 36 тонко настраиваемых параметров, имитирующих влияние различных факторов, они обнаружили, что такое событие, как образование полыньи, подобной той, что мы видим на снимках 1970-х, было гораздо более частым в доиндустриальных условиях, перед антропогенным изменением климата.
«Мы видим, что конвективные процессы замедляются», — говорит Маринов.
Семь моделей показывают, что увеличение объема пресной воды в Южном Океане может остановить конвекцию целиком к 2030 году, и большинство моделей показывают сильные уменьшение конвекции в течение XXI века, что приведет к замедлению скорости донных течений в Антарктике.
Это окажет влияние на современный и будущий климат, утверждают исследователи. Отсутствие полыньи в последние десятилетия может означать, что тепло, оставаясь в глубине океана, возможно, вызывает «перерыв» в глобальном потеплении атмосферы и рост Антарктического морского льда, что наблюдалось в последние годы.
Но в целом, как утверждает Маринов, замедление процесса, проявляющегося в появлении полыньи, скорее всего, вызовет дальнейшее потепление, так как замедление конвективных процессов уменьшит поглощение из атмосферы антропогенного углерода и тепла.
В статье, опубликованной в этом месяце в Journal of Climate, Бернарделло, Маринов и их коллеги изучают, как естественная способность океана удерживать углерод влияет на меру потепления климата.
В океане содержится примерно в 50 раз больше углерода, чем в атмосфере, что делает его чрезвычайно важным игроком в области регулирования изменения климата.
Эта способность, Маринов отметил, проистекает в основном из-за крошечных организмов, называемых фитопланктоном, которые живут в верхних слоях воды. «Они микроскопические, мы их не видим, но они могучи,» — напоминает Маринов. «Они производят 50% фотосинтеза на планете».
Команда ученых рассмотрела, как ветер, температура и соленость воды может меняться в течение XXI века, и как эти явления влияют на естественную способность океана накапливать углерод. Полученные данные свидетельствуют о том, что даже в условиях, когда накопление углерода в океане увеличивается из-за увеличения активности фитопланктона в теплой воде, этого эффекта не достаточно, чтобы перевесить тот факт, что нагревшийся океан не будет в состоянии удержать столько углекислого газа, сколько удерживает сейчас.
«Газы более растворимы в холодных жидкостях, — говорит Маринов. — При изменении климата, мы полагаем, океан выделит часть своего углерода, отчасти потому, что эффект потепления настолько силен».
Будущее исследований в области глобального климата — это синтез биологии, физики и химии, считают ученые.