Ученые сделали это открытие, сравнив изотопные сигнатуры неодима в образцах глубоководных отложений из обоих регионов Атлантики. Их статья - «Значительная интенсификация атлантической опрокидывающей циркуляции в начале палеогенового парникового тепла», опубликованная сегодня в Nature Communications, показывает, что более интенсивная циркуляция вместе с увеличением атмосферного CO2 привела к к климатическому перелому. В результате более равномерного распределения тепла по земле закончилась длительная фаза похолодания, и мир вступил в новый парниковый период.
Изотопы неодима (Nd) используются в качестве индикатора водных масс и их смешения. Поверхностные воды приобретают изотопную сигнатуру Nd от окружающих массивов суши через реки и переносимую ветром пыль. Когда поверхностные воды опускаются, образуя глубоководную массу, они несут с собой свою специфическую изотопную сигнатуру Nd. По мере того, как глубоководная масса течет через океан и смешивается с другими водными массами, ее изотопная сигнатура Nd включается в отложения. Глубоководные отложения являются ценным архивом циркуляции океана и прошлого климата.
История, изложенная в этой статье, начинается в конце мелового периода (окончившегося 66 миллионов лет назад), когда мир находился между двумя парниковыми государствами. Климат охлаждался в течение десятков миллионов лет после пика тепличных условий в середине мелового периода, около 90 миллионов лет назад. Несмотря на длительное похолодание, температура и уровень моря в конце мелового периода были выше, чем в настоящее время.
Д-р Ситске Батенбург говорит: «Наше исследование впервые установило, как и когда образовалась глубоководная связь. 59 миллионов лет назад Атлантический океан действительно стал частью глобальной термохалинной циркуляции, потока, который соединяет четыре из пяти основных океанов».
Атлантический океан был еще молод, а бассейны Северной и Южной Атлантики были мельче и уже, чем сегодня. Экваториальные ворота между Южной Америкой и Африкой позволяли лишь неглубокое сообщение с поверхностными водами на протяжении большей части позднего мелового периода. Активный вулканизм сформировал подводные горы и плато, блокировавшие циркуляцию глубинных вод. В Южной Атлантике над активным вулканическим очагом образовался барьер Уолфиш-Ридж. Этот хребет частично находился над уровнем моря и образовывал преграду для течения глубоководных масс.
По мере того как Атлантический океан продолжал открываться, океаническая кора охлаждалась и опускалась. Котловины становились глубже и шире, подводные плато и хребты погружались вместе с земной корой. В какой-то момент глубокие воды Южного океана смогли течь на север через Китовый хребет и заполнить более глубокие части атлантических бассейнов.
Начиная с 59 миллионов лет назад, сигнатуры изотопов Nd из Северной и Южной Атлантики были удивительно похожи. Это может свидетельствовать о том, что одна глубоководная масса, вероятно, зародившаяся с юга, пробилась через Атлантический океан и заполнила бассейн от глубоких до средних глубин. Усиленный глубинный водообмен вместе с увеличением атмосферного CO2, возможно, позволил более эффективно распределять тепло по планете.
Это исследование показывает, что для понимания роли циркуляции океана в парниковом климате в прошлом важно понимать различные роли географии и климата.
Нынешняя скорость изменения климата за счет выбросов CO2 в результате деятельности человека намного превышает скорость потепления во время парникового климата в прошлом. Изучение циркуляции океана во время самого последнего парникового периода в геологическом прошлом может дать ключ к пониманию того, как циркуляция океана может развиваться в будущем и как тепло будет распределяться по планете океанскими течениями..
Это исследование является результатом международного сотрудничества с Гёте-Университетом во Франкфурте; Гейдельбергский университет имени Рупрехта-Карла; Центр океанических исследований ГЕОМАР им. Гельмгольца, Киль; Федеральный институт наук о Земле и природных ресурсов в Ганновере; Лондонский Королевский университет Холлоуэя и Оксфордский университет.
Все отложения для этого исследования были взяты из длинных кернов океанских буровых установок. Международная программа исследования океана (IODP) координирует научные экспедиции по бурению дна океана для извлечения этих отложений и хранит керны отложений, чтобы они были доступны всему научному сообществу.