Температура моря и закисление океана поднялись за последние три десятилетия до уровней, превышающих ожидаемые, только из-за естественных колебаний, показывает новое исследование, проведенное учеными из Принстона. В то же время для проявления других последствий изменения климата, таких как изменение активности океанических микробов, регулирующих углеродный и кислородный циклы Земли, потребуется еще от нескольких десятилетий до века. Доклад был опубликован 19 августа онлайн в журнале Nature Climate Change..
В исследовании изучались физические и химические изменения в океане, связанные с повышением уровня углекислого газа в атмосфере из-за деятельности человека. «Мы стремились ответить на ключевой научный вопрос: когда, почему и как важные изменения станут обнаруживаемыми сверх обычных изменений, которые мы ожидаем увидеть в мировом океане?» - сказала Сара Шлюнеггер, научный сотрудник программы Принстонского университета в области наук об атмосфере и океане (AOS).
Исследование подтверждает, что результаты, непосредственно связанные с эскалацией содержания углекислого газа в атмосфере, уже появились в существующих 30-летних данных наблюдений. К ним относятся потепление поверхности моря, закисление и увеличение скорости, с которой океан удаляет углекислый газ из атмосферы.
Напротив, процессы, косвенно связанные с увеличением содержания углекислого газа в атмосфере посредством постепенного изменения климата и циркуляции океана, займут больше времени, от трех десятилетий до более века. К ним относятся изменения в перемешивании верхних слоев океана, снабжении питательными веществами и круговороте углерода в морских растениях и животных.
«Что нового в этом исследовании, так это то, что оно дает конкретные временные рамки, когда произойдут изменения в океане», - сказал Хорхе Сармьенто, почетный профессор геонаук и геологической инженерии Джорджа Дж. Маги. «Некоторые изменения потребуют много времени, в то время как другие уже можно обнаружить».
Океан оказывает климатическую услугу планете, поглощая избыточное тепло и углерод из атмосферы, тем самым замедляя темпы повышения глобальной температуры, сказал Шлюнеггер. Эта услуга, однако, влечет за собой наказание, а именно закисление и потепление океана, которые изменяют круговорот углерода в океане и влияют на морские экосистемы..
Окисление и потепление океана могут нанести вред микробным морским организмам, которые служат основой морской пищевой сети, которая питает рыбные ресурсы и коралловые рифы, производит кислород и способствует снижению концентрации углекислого газа в атмосфере.
Исследование было направлено на то, чтобы отделить изменения океана, связанные с антропогенным изменением климата, от изменений, вызванных естественной изменчивостью. Естественные колебания климата могут скрывать изменения в океане, поэтому исследователи искали, когда изменения будут настолько значительными, что они будут выделяться над естественной изменчивостью.
Климатические исследования часто делятся на две категории: моделирование и наблюдения - те ученые, которые анализируют наблюдения за реальной Землей, и те, кто использует модели для прогнозирования грядущих изменений. По словам Шлюнеггера, это исследование использует прогнозы, сделанные с помощью климатических моделей, чтобы информировать наблюдателей о том, какие изменения вероятны, а также где и когда их искать.
Исследователи провели моделирование, которое моделирует потенциальные будущие климатические состояния, которые могут возникнуть в результате сочетания антропогенного изменения климата и случайного случая. Эти эксперименты проводились с моделью системы Земля, климатической моделью, которая имеет интерактивный углеродный цикл, так что изменения климата и углеродного цикла можно рассматривать в тандеме.
Использованию модели системы Земля способствовал Джон Данн, который возглавляет деятельность по моделированию углерода в океане в Лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления океанических и атмосферных исследований (NOAA) в Принстоне. В команду Принстона входили Ричард Слейтер, старший специалист по моделированию систем Земли в AOS; Кит Роджерс, океанограф-исследователь AOS, сейчас работает в Пусанском национальном университете в Южной Корее; и Хорхе Сармьенто, почетный профессор наук о Земле и геологической инженерии Джорджа Дж. Маги. В команду также входили Томас Фрёлихер, профессор Бернского университета и бывший научный сотрудник Принстона, и Масао Исии из Японского метеорологического агентства.
Вывод о задержке проявления эффектов на 30-100 лет предполагает, что программы наблюдения за океаном следует поддерживать в течение многих десятилетий в будущем, чтобы эффективно отслеживать изменения, происходящие в океане. Исследование также указывает на то, что возможность обнаружения некоторых изменений в океане выиграет от усовершенствования существующей стратегии отбора проб путем наблюдений. К ним относятся изучение более глубоких слоев океана в поисках изменений в фитопланктоне, а также фиксация изменений как летом, так и зимой, а не только среднегодовых значений, для обмена углекислым газом между океаном и атмосферой..
«Наши результаты показывают, что многие типы наблюдений имеют решающее значение для нашего понимания нашей изменяющейся планеты и нашей способности обнаруживать изменения», - сказал Шлюнеггер. К ним относятся временные ряды или постоянные места непрерывных измерений, а также региональные программы отбора проб и глобальные платформы дистанционного зондирования.
Проект финансировался за счет грантов NASA и NOAA. Дополнительную поддержку оказал Институт фундаментальных наук в Пусане, Южная Корея, и Швейцарский национальный научный фонд.