Океаны являются самым важным хранилищем атмосферного углекислого газа на планете во временных масштабах от десятилетий до тысячелетий. Но процесс блокировки парниковых газов ослабляется активностью Южного океана, поэтому увеличение его активности может объяснить таинственное тепло последних 11 000 лет, сообщает международная группа исследователей.
Тепло того периода было стабилизировано постепенным повышением глобального уровня углекислого газа, поэтому понимание причины этого повышения представляет большой интерес, сказал Дэниел Сигман, профессор геологических и геофизических наук в Принстоне.
Ученые выдвинули различные гипотезы увеличения содержания углекислого газа, но его окончательная причина осталась неизвестной. Теперь международное сотрудничество под руководством ученых из Принстона и Института химии Макса Планка указывает на усиление апвеллинга в Южном океане. Их исследование опубликовано в текущем выпуске журнала Nature Geoscience.
«Мы думаем, что нашли ответ», - сказал Сигман. «Усиленная циркуляция в Южном океане позволила углекислому газу просачиваться в атмосферу, согревая планету».
Их выводы об изменениях океана также могут иметь значение для прогнозирования того, как глобальное потепление повлияет на циркуляцию океана и насколько увеличится содержание углекислого газа в атмосфере из-за сжигания ископаемого топлива.
В течение многих лет исследователи знали, что рост и погружение фитопланктона закачивает углекислый газ глубоко в океан, процесс, который часто называют «биологическим насосом».«Биологический насос приводится в действие в основном океаном в низких широтах, но он отключается ближе к полюсам, где углекислый газ выбрасывается обратно в атмосферу из-за быстрого воздействия глубоких вод на поверхность, - сказал Сигман. Худший нарушитель - это Южный океан., который окружает Антарктиду. «Мы часто называем Южный океан утечкой в биологическом насосе», - сказал Сигман.
Сигман и его коллеги обнаружили, что увеличение апвеллинга в Южном океане может быть причиной стабилизации климата голоцена, периода, который длился более 10 000 лет до промышленной революции.
Большинство ученых согласны с тем, что тепло голоцена имело решающее значение для развития человеческой цивилизации. Голоцен был «межледниковым периодом», одним из редких интервалов теплого климата, которые наблюдались в циклах ледникового периода последнего миллиона лет. Отступление ледников открыло для людей более обширный ландшафт, а более высокие концентрации углекислого газа в атмосфере способствовали более продуктивному сельскому хозяйству, что позволило людям сократить свою охотничье-собирательскую деятельность и построить постоянные поселения.
Голоцен отличался от других межледниковых периодов несколькими ключевыми моментами, говорят исследователи. Во-первых, его климат был необычайно стабильным, без серьезной тенденции к похолоданию, типичной для других межледниковий. Во-вторых, концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась примерно на 20 частей на миллион (частей на миллион) с 260 частей на миллион в раннем голоцене до 280 частей на миллион в позднем голоцене, тогда как содержание углекислого газа обычно оставалось стабильным или снижалось в другие межледниковые периоды.
Для сравнения, с начала индустриализации до настоящего времени концентрация углекислого газа в атмосфере увеличилась с 280 до более чем 400 частей на миллион в результате сжигания ископаемого топлива.
«В этом контексте увеличение на 20 частей на миллион, наблюдаемое во время голоцена, может показаться небольшим, - сказал Сигман. «Однако ученые считают, что этот небольшой, но значительный подъем сыграл ключевую роль в предотвращении прогрессирующего похолодания в течение голоцена, что, возможно, способствовало развитию сложных человеческих цивилизаций."
Чтобы изучить потенциальные причины повышения концентрации углекислого газа в голоцене, исследователи изучили три типа окаменелостей из нескольких различных областей Южного океана: диатомовые водоросли и фораминиферы, как панцирные микроорганизмы, обнаруженные в океанах, так и глубоководные. морские кораллы.
Из соотношений изотопов азота в следовых количествах органического вещества, заключенного в минеральных стенках этих окаменелостей, ученые смогли реконструировать эволюцию концентрации питательных веществ в поверхностных водах Южного океана за последние 10 000 лет.
«Метод, который мы использовали для анализа окаменелостей, уникален и дает новый способ изучения прошлых изменений в условиях океана», - говорит Аня Студер, первый автор исследования, которая проводила исследование, будучи аспирантом, работавшим с Лаборатория Сигмана.
Измерения содержания изотопов азота в окаменелостях показывают, что во время голоцена все большее количество воды, богатой питательными веществами и углекислым газом, поднималось из глубин океана на поверхность Южного океана. Хотя причина усиления апвеллинга еще не ясна, наиболее вероятным процессом, по-видимому, является изменение «ревущих 40-х», пояса ветров, дующих на восток, которые окружают Антарктиду.
Из-за усиленного апвеллинга в Южном океане биологический насос ослаб в течение голоцена, позволив большему количеству углекислого газа просачиваться из глубин океана в атмосферу и, таким образом, возможно, объясняя увеличение содержания углекислого газа в атмосфере на 20 частей на миллион.
«Этот процесс позволяет части глубоко хранящегося углекислого газа вернуться в атмосферу», - сказал Сигман. «По сути, мы пробиваем дыры в мембране биологического насоса».
Увеличение уровня углекислого газа в атмосфере в течение голоцена работало, чтобы противостоять тенденции к постепенному похолоданию, которая преобладала в большинстве предыдущих межледниковий. Таким образом, новые результаты предполагают, что океан мог быть ответственен за «особую стабильность» климата голоцена.
Те же процессы происходят и сегодня: поглощение углерода океаном замедляет рост содержания углекислого газа в атмосфере, образующегося при сжигании ископаемого топлива, а подъем Южного океана по-прежнему позволяет части этого углекислого газа улетучиваться. выпустить обратно в атмосферу.
«Если результаты голоцена можно будет использовать для прогнозирования того, как апвеллинг в Южном океане изменится в будущем, это улучшит нашу способность прогнозировать изменения содержания углекислого газа в атмосфере и, следовательно, глобального климата», - сказал Сигман.