Миллион лет назад давняя картина чередования оледенений и теплых периодов резко изменилась, когда ледниковые периоды внезапно стали более продолжительными и интенсивными. Ученые давно подозревали, что это связано с замедлением ключевой системы течений Атлантического океана, которая сегодня снова замедляется.
Новое исследование отложений со дна Атлантики напрямую связывает это замедление с массовым накоплением углерода, уносимого из воздуха в бездну. При работе системы на полной скорости этот углерод довольно быстро просачивался бы обратно в воздух, но в этот период он просто застаивался в недрах. Это говорит о том, что сокращение выбросов углерода привело к охлаждению планеты, что противоположно парниковому эффекту, который мы наблюдаем сейчас, когда люди выбрасывают углерод в атмосферу. Но если течение и сейчас продолжит замедляться, нам не следует ожидать, что оно поможет нам накопить наши выбросы; возможно наоборот. Исследование, проведенное учеными из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти при Колумбийском университете, опубликовано на этой неделе в журнале Nature Geoscience.
Ученые нацелились на систему течений, называемую атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией, или AMOC. Протекая на север у поверхности, он переносит теплую соленую воду из-под экватора в широты около Гренландии и северной Европы. Здесь она попадает в более холодную воду из Арктики, уплотняется и погружается в бездну, унося с собой большое количество углерода, поглощенного из атмосферы. Глубокие воды затем возвращаются на юг, где большая их часть снова сливается с Южным океаном, чтобы выпустить углерод обратно в воздух. Путешествие проходит от десятилетий до столетий.
Исследование, проведенное в 2014 году геохимиком Ламонт-Доэрти Стивеном Гольдштейном и его тогдашним учеником Леопольдо Пена, которые также являются соавторами нового исследования, показало, что это течение резко замедлилось около 950 000 лет назад. Новое исследование показывает, что это замедление напрямую связано с огромным накоплением углерода в глубинах Атлантики и соответствующим снижением содержания углерода в воздухе. Это событие явилось очевидным спусковым крючком для серии ледниковых периодов, которые происходили каждые 100 000 лет, по сравнению с предыдущими, которые происходили примерно каждые 40 000 лет и в которых образовалось меньше льда, чем в более поздние. Ученые называют этот поворотный момент Среднеплейстоценовым переходом, и новая модель сохранялась на протяжении всего последнего ледникового периода, который закончился около 15 000 лет назад. Никто точно не знает, почему эта закономерность сохранилась, но исследование ясно демонстрирует, что углерод, отсутствующий в воздухе, попал в океан и оказал сильное влияние на климат.
«Это отношения один на один. Это было похоже на щелчок выключателя», - сказал ведущий автор Джесси Фармер, который проделал эту работу, будучи доктором философии. студент Ламонт-Доэрти. «Это показывает нам, что существует тесная связь между количеством углерода, хранящегося в океане, и тем, что делает климат».
Исследователи пришли к своим выводам, проанализировав керны глубоководных отложений, взятых в южной и северной Атлантике, где проходили древние глубокие воды и оставили химические подсказки об их содержании в панцирях микроскопических существ. Их анализ подтвердил исследование 2014 года, показывающее, что AMOC ослаб до невиданной ранее степени, около 950 000 лет назад и в течение необычно долгого времени. Из-за этого глубинные воды собрали примерно на 50 миллиардов тонн больше углерода, чем во время предыдущих оледенений, что эквивалентно примерно одной трети антропогенных выбросов, которые на сегодняшний день поглотили все океаны мира. (Для контекста: сегодня океаны поглощают примерно четверть того, что мы излучаем; суша и растительность поглощают треть. Остальное остается в воздухе.)
В теплый период, предшествовавший этому событию, в атмосфере содержалось около 280 частей углерода на миллион; с замедлением содержание углекислого газа в воздухе снизилось до 180 частей на миллион, как было измерено ледяными кернами. Атмосферный углерод опускался и во время предыдущих оледенений, но с 280 частей на миллион только до примерно 210 частей на миллион. (Из-за антропогенных выбросов в течение последних двух столетий эта нормальная повторяющаяся цифра теплой эры в 280 частей на миллион устарела; атмосферный углерод сейчас составляет около 410 частей на миллион.)
В какой-то момент течение снова проснулось, и все на некоторое время потеплело, прежде чем вернуться в другой столь же экстремальный ледниковый период, спустя 100 000 лет. «Есть много идей о том, что вызвало эти изменения, но трудно сказать, что послужило спусковым крючком», - сказал Бербель Хёниш, советник Фармера и соавтор исследования. «Есть несколько разных винтов, которые вы можете себе представить, и много незатянутых винтов».
Одна идея, поддержанная группой Гольдштейна среди прочих: на севере повторяющиеся нарастания ледников в конечном итоге стирают все на суше до основания. Последующие ледники могут прочно прилипнуть к коренной породе и еще больше набухнуть, прежде чем сбрасывать айсберги в океан. Это приводит к тому, что больше пресной воды смешивается с AMOC, что делает его менее плотным и, в конечном итоге, неспособным тонуть. С другой стороны, лед также будет расти в Антарктиде и сбрасывать больше айсбергов, что сделает океанские воды более холодными и менее солеными, что будет способствовать росту большего количества морского льда. Теоретически это закроет поверхность и предотвратит подъем глубоких вод и выделение углерода. Но если это действительно так, неясно, что запускает или заканчивает любой из процессов; это вопрос типа курицы и яйца.
Считается, что сила AMOC колеблется естественным образом, но, похоже, с середины 20-го века она ослабла на необычные 15 процентов. Никто не уверен, что стоит за этим или какие последствия это может иметь, если замедление продолжится. Другое исследование Ламонта-Доэрти, проведенное в прошлом месяце, показало, что за замедлением активности около 13 000 лет назад, в конце последнего ледникового периода, 400 лет спустя последовало сильное похолодание, которое длилось столетия.
«Мы должны быть осторожны, проводя параллели с этим», - сказал Фармер, ныне занимающий постдокторскую диссертацию в Принстонском университете. «Сегодня мы наблюдаем подобное ослабление, и можно сказать: «Отлично! Циркуляция океана спасет нас от потепления климата!» Но это неправильно из-за того, как разные части климатической системы взаимодействуют друг с другом». Фармер сказал, что если сейчас AMOC продолжит ослабевать, то, вероятно, на севере будет опускаться меньше насыщенной углеродом воды, в то же время в Южном океане любой углерод, уже поступивший в глубокие воды, скорее всего, продолжит бурлить без каких-либо последствий. проблема. Результат: углерод будет продолжать накапливаться в воздухе, а не в океане.
Исследователи отмечают, что AMOC является лишь частью гораздо более крупной системы глобальной циркуляции, которая соединяет все океаны - так называемого Великого океанского конвейера, термин, придуманный покойным ученым Ламонт-Доэрти Уоллесом Брокером, которые заложили основу для многих современных исследований. Гораздо меньше известно о динамике углерода в Индийском и Тихом океанах, которые вместе затмевают Атлантический, поэтому в головоломке есть много недостающих частей. Текущие исследования в Ламонт-Доэрти направлены на построение углеродной хронологии этих других вод в ближайшие несколько лет.
В соавторстве с Лаурой Хейнс, Хизер Форд, Морин Рэймо, Марией Жауме-Сегуи, Стивеном Гольдштейном, Мааяном Йехудаи и Джухи Кимом также работали Лора Хейнс, Хизер Форд, все из Ламонт-Доэрти; Дирк Крун, Саймон Юнг и Дэйв Белл из Эдинбургского университета; и Леопольдо Пенья из Барселонского университета.