Южный океан, омывающий Антарктиду, играет ключевую роль в формировании глобального климата. Новое исследование показало: в конце последнего ледникового периода значительно расширился объем донных антарктических вод, что привело к высвобождению накопленного углекислого газа из морских глубин. Примерно 12 тысяч лет назад, когда завершился ледниковый период, температура на Земле поднялась, начался ранний голоцен. Исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, раскрывает, как Южный океан способствовал этому значительному климатическому переходу.
Команда ученых под руководством доктора Хуана Хуана из лаборатории Лаошань в Циндао, в которую также вошел геохимик доктор Маркус Гутьяр из GEOMAR, поставила перед собой задачу реконструировать распространение Антарктической донной воды (AABW) в Южном океане за последние 32 000 лет. Доктор Хуан, ныне работающий в Циндао (Китай), поясняет: «Мы хотели понять, как влияние Антарктической донной воды – самой холодной и плотной водной массы в мировом океане – менялось во время последнего периода дегляциации и какую роль оно играло в глобальном углеродном цикле».
Для ответа на этот вопрос ученые исследовали девять кернов донных отложений, собранных в Атлантическом и Индийском секторах Южного океана. Керны были получены на глубинах от 2 200 до 5 000 метров из различных точек региона. Анализ изотопного состава микроэлемента неодима, сохранившегося в отложениях и отражающего химический состав окружающей морской воды, позволил реконструировать изменения Антарктической донной воды на протяжении десятков тысяч лет.
Доктор Маркус Гутьяр объясняет: «Растворенный неодим и его изотопный отпечаток в морской воде – отличные индикаторы происхождения глубоководных масс». Он добавляет: «В более ранних исследованиях мы заметили, что изотопный отпечаток неодима в глубинах Южной Атлантики достиг современного состава лишь около 12 000 лет назад. Однако отложения последнего ледникового периода показали значения, которые сегодня нигде в Южном океане не встречаются. Столь экзотическая изотопная сигнатура может развиваться только тогда, когда глубоководные массы остаются почти неподвижными в течение длительных периодов. В таких условиях бентосные потоки – химические поступления со дна океана – доминируют в изотопном отпечатке морских отложений».
Во время последнего ледникового периода холодная и очень плотная донная вода, которая сейчас формируется вокруг Антарктиды, не распространялась так широко, как сегодня. Вместо этого большая часть глубоководного Южного океана была заполнена богатыми углеродом водами, зародившимися в Тихом океане – это был ледниковый предшественник современного циркумполярного глубинного течения (CDW). В исследовании CDW описывается как богатое углеродом, потому что оно циркулирует в глубоком океане длительное время с ограниченным контактом с поверхностью. Такая изоляция позволила большим объемам растворенного углерода оставаться запертыми в глубинах океана, способствуя поддержанию относительно низкого уровня атмосферного CO2.
По мере того как Земля теплела и ледяные щиты отступали примерно между 18 000 и 10 000 лет назад, объем Антарктической донной воды увеличивался в две четко выраженные фазы. Эти фазы расширения совпадали с известными потеплениями в Антарктиде. С усилением вертикального смешивания в Южном океане глубинные воды, которые долгое время хранили углерод, поднимались ближе к поверхности, позволяя этому углероду высвобождаться в атмосферу.
«Расширение AABW связано с несколькими процессами, – поясняет Гутьяр. – Потепление вокруг Антарктиды уменьшило площадь морского льда, что привело к увеличению притока талых вод в Южный океан. Антарктическая донная вода, формировавшаяся в этот переходный климатический период, имела меньшую плотность из-за пониженной солености. Эта позднеледниковая AABW смогла распространиться дальше по Южному океану, дестабилизируя существующую структуру водных масс и усиливая обмен между глубоководными и поверхностными водами».
Ранее многие ученые предполагали, что изменения в Северной Атлантике, особенно формирование Североатлантической глубинной воды (NADW), были основными движущими силами сдвигов в глубоководной циркуляции в Южной Атлантике. Новые результаты показывают, что это северное влияние было более ограниченным, чем считалось ранее. Вместо этого, замещение ледниковой, богатой углеродом глубоководной массы вновь образовавшейся Антарктической донной водой, по всей видимости, имело решающее значение для повышения атмосферного CO2 к концу последнего ледникового периода.
Доктор Гутьяр отмечает: «Сравнения с прошлым всегда несовершенны, но в конечном итоге все сводится к тому, сколько энергии присутствует в системе. Если мы понимаем, как океан реагировал на потепление в прошлом, мы можем лучше понять, что происходит сегодня, когда антарктические шельфовые ледники продолжают таять».
Благодаря своим огромным размерам и уникальной циркуляции Южный океан играет важную роль в регулировании глобального климата. За последние 50 лет воды глубиной более 1 000 метров вокруг Антарктиды нагрелись значительно быстрее, чем большая часть других океанов мира. Чтобы выяснить, как это быстрое потепление глубоководных слоев океана влияет на его способность поглощать и выделять углекислый газ, ученые должны отслеживать физические и биогеохимические изменения в долгосрочной перспективе и включать их в климатические модели.
«Я хочу правильно понять современный океан, чтобы интерпретировать сигналы из прошлого, – говорит Гутьяр. – Если мы сможем проследить, как изменялась Антарктическая донная вода за последние несколько тысяч лет, мы сможем более точно оценить, насколько быстро Антарктический ледниковый щит может продолжать терять массу в будущем». Палеоклиматические данные, полученные из кернов донных отложений, незаменимы для этого. Они дают представление о прошлых климатических условиях, которые были теплее нынешних, и помогают улучшить прогнозы будущих изменений климата.
