Задолго до того, как люди начали выбрасывать углекислый газ в атмосферу, сжигая ископаемые виды топлива, такие как нефть, газ и уголь, уровень атмосферного CO2 значительно вырос, когда Земля вышла из своего последнего ледникового периода. Многие ученые давно подозревали, что источником этого углерода были морские глубины.
Но исследователи не смогли задокументировать, как углерод попал из океана в атмосферу. Это осталось одной из самых важных загадок науки.
Новое исследование, опубликованное сегодня в журнале Nature Geoscience, предоставляет некоторые из наиболее убедительных доказательств того, как это произошло - «смыв» глубокого Тихого океана, вызванный ускорением циркуляции воды, которая начинается вокруг Антарктиды..
Беспокойство, по словам исследователей, заключается в том, что это может произойти снова, потенциально увеличивая и ускоряя антропогенное изменение климата.
«Тихий океан большой, и там можно хранить много вещей - это что-то вроде бабушкиного погреба - вещи накапливаются там и иногда не убираются», - сказал Алан Микс, житель штата Орегон. Университетский океанограф и соавтор исследования. «Мы знаем, что CO2 в атмосфере поднимался и опускался в прошлом, мы знаем, что это было частью больших климатических изменений, и мы думали, что это произошло из глубин океана..
"Но было неясно, как углерод на самом деле попал из океана, чтобы вызвать рост CO2."
Ведущий автор Цзянхуи Ду, докторант океанографии в штате Орегон, сказал, что в Тихом океане существует схема циркуляции, которая начинается с того, что вода вокруг Антарктиды опускается и движется на север на большой глубине в нескольких милях от поверхности. Она продолжается вплоть до Аляски, где поднимается, поворачивает обратно на юг и течет обратно в Антарктиду, где снова смешивается с поверхностью моря.
Путь воды туда и обратно в бездне занимает много времени - почти 1000 лет, сказал Ду. Вместе с остальной частью команды OSU Ду обнаружил, что поток замедляется во время ледникового максимума, но ускоряется во время дегляциации, когда Земля нагревается. Этот более быстрый поток вымыл углерод из глубин Тихого океана - «очищая бабушкин погреб» - и вынес CO2 на поверхность вблизи Антарктиды. Там он был выпущен в атмосферу.
Это произошло примерно в два этапа во время последней дегляциации - начальная фаза от 18 000 до 15 000 лет назад, когда CO2 поднялась примерно на 50 частей в миллионов, а второй импульс позже добавил еще 30 частей на миллион», - сказал Ду. Это общее количество чуть меньше, чем количество CO2, выросшее после промышленной революции. Так что океан может быть мощным источником углерода.
Брайан Хейли, также океанограф Университета штата Орегон и соавтор исследования, отметил, что углерод всегда падает в глубины океана. Вблизи поверхности планктон растет, но когда он умирает, он тонет и разлагается. Это биологический насос, который всегда отправляет углерод на дно. «Чем медленнее циркуляция, - сказал Хейли, - тем больше времени вода проводит там внизу, и может накапливаться углерод».
Ду сказал, что во время ледникового максимума вода замедляется и накапливает много углерода. «Когда Земля начала нагреваться, движение воды ускорилось примерно в три раза, - отметил он, - и этот углерод вернулся на поверхность».
Ключом к открытию исследователей является анализ изотопов неодима в кернах отложений северной части Тихого океана. Хейли отметил, что изотопы «похожи на этикетку с обратным адресом на письме из глубин океана.«Когда отношение изотопа 143 к 144 выше в отложениях, движение воды в этот период было медленнее. Когда движение воды ускоряется во время потепления, это также отражает соотношение изотопов неодима.
«Это открытие, что глубинная циркуляция ускорилась, является дымящимся пистолетом в этой загадочной истории о том, как CO2 попали в глубокое море», - сказал Микс. «Теперь мы знаем, как это произошло, и виновата глубокая Тихий океан - соучастник преступления с Антарктидой».
Исследователей беспокоит то, что это может произойти снова, поскольку климат продолжает нагреваться.
«Мы не знаем, ускорится ли циркуляция и вынесет этот углерод на поверхность, но кажется разумным подумать об этом», - сказал Ду. «Наши доказательства того, что это действительно происходило в прошлом, помогут людям, которые работают с климатическими моделями, выяснить, представляет ли это реальный риск для будущего».
Исследователи говорят, что их выводы следует рассматривать с точки зрения политики.
«На данный момент океан поглотил около трети всего углерода, выделяемого из ископаемого топлива», - сказал Микс. «Это помогло замедлить потепление. Парижское соглашение по климату поставило цель сдержать потепление до 1,5-2 градусов (по Цельсию), и мы довольно хорошо знаем, сколько углерода может быть выброшено в атмосферу, сохраняя этот уровень».
Но если океан перестанет поглощать избыток CO2, а вместо этого выпустит больше из морских глубин, это чревато неприятностями. Выбросы в океан вычтут из нашего оставшегося бюджета выбросов и это означает, что нам придется снижать выбросы намного быстрее. Нам нужно выяснить, насколько».
Авторы из Колледжа наук о Земле, океане и атмосфере штата Орегон и из Геологической службы США. Исследование было поддержано Национальным научным фондом.