Антарктические течения, снабжающие 40% глубин Мирового океана питательными веществами и кислородом, резко замедляются. Другие модели показывают, что Гольфстрим слабеет, а AMOC может быть близок к краху, что будет иметь серьезные последствия для климата. Результаты итальянских исследований показывают, что моделирование течений, используемое для отслеживания потока осадков и загрязняющих веществ в глубоком море и реконструкции древних условий океана, нуждается в обновлении.
Антарктические течения, снабжающие 40% глубин Мирового океана питательными веществами и кислородом, резко замедляются. Эти глубокие океанские приливы снабжают почти половину мирового океана жизненно важными питательными веществами и кислородом, но таяние шельфовых ледников замедляет их.
Согласно новому исследованию, глубоководные течения вокруг Антарктиды, имеющие жизненно важное значение для морской жизни, с 1990-х годов замедлились на 30% и вскоре могут полностью прекратиться.
Эти течения, известные как антарктические донные воды, питаются плотной холодной водой с континентального шельфа Антарктиды, которая опускается на глубину ниже 10 000 футов (3 000 метров). Затем вода распространяется на север в Тихий океан и восточную часть Индийского океана, подпитывая сеть течений, называемых глобальной меридиональной опрокидывающей циркуляцией, и снабжая 40% мирового глубоководного океана свежими питательными веществами и кислородом.
Однако глобальное потепление высвобождает большие объемы менее плотной пресной воды из шельфовых ледников Антарктиды, замедляя эту циркуляцию.
«Если бы у океанов были легкие, это было бы одно из них», — сказал в своем заявлении Мэтью Инглэнд, профессор динамики океана и климата в Университете Нового Южного Уэльса в Сиднее, Австралия, который внес вклад в исследование. Ученые из Великобритании и Австралии совместно работали над исследованием, опубликованным в марте в журнале Nature, в котором предсказывалось 40%-ное снижение прочности донных вод Антарктики к 2050 году.
Он также предупредил, что течения могут в конечном итоге полностью прекратиться. «Мы говорим о возможном долгосрочном исчезновении знаковой водной массы», — сказал Ингланд.
В новом исследовании, опубликованном 25 мая 2024 года в журнале Nature Climate Change, Инглэнд и его коллеги утверждают, что они подтвердили эти прогнозы реальными наблюдениями в Австралийском антарктическом бассейне, который охватывает полярные воды между Австралией и Антарктидой.
Повышение температуры приводит к увеличению потока менее плотной талой воды и замедлению глубоководных течений в Антарктиде. UniversalImagesGroup
Исследователи изучили изменения в количестве придонной воды, поступающей в бассейн в период с 1994 по 2017 год, и зафиксировали снижение скорости на 30%, что говорит о том, что эти глубоководные, или абиссальные, течения начинают стагнировать.
Ослабление циркуляции вокруг Антарктиды может замедлить глобальную сеть глубинных течений и привести к накоплению питательных веществ и кислорода в глубинах океана, что окажет негативное воздействие на морских обитателей.
«Дело в том, что вся морская жизнь, которая есть у нас на поверхности, когда она умирает, опускается на дно океана, поэтому в океанской пучине много богатой питательными веществами воды», — сказал Инглэнд в видео, подготовленном Австралийской академией наук. «Если мы замедлим опрокидывающую циркуляцию, которая возвращает эту самую придонную воду на поверхность, мы отрезаем путь, по которому питательные вещества возвращаются на поверхность для восстановления морской жизни».
Согласно новому исследованию, ежегодно вокруг Антарктиды опускается около 276 триллионов тонн (250 триллионов метрических тонн) холодной, соленой, богатой кислородом воды. В условиях потепления климата пресная талая вода снижает плотность этой опускающейся массы, что означает, что большая ее часть остается в верхних слоях океана. «Эти регионы снабжают глубинные воды всего Тихого океана и восточно-индийских бассейнов, поэтому количественно оцененные здесь изменения, вероятно, затронут большую часть глобального абиссального океана», — пишут исследователи.
Ученые предупредили, что приток пресной воды в воды Антарктики, скорее всего, продолжится и ускорится в ближайшие десятилетия, а это значит, что эти жизненно важные течения вскоре могут рухнуть. «Такие глубокие изменения в океаническом обороте тепла, пресной воды, кислорода, углерода и питательных веществ будут иметь значительное влияние на океаны на протяжении столетий», — сказал Ингланд.
Атлантические течения резко замедлились в период позднего дриаса. Реконструируя эти древние океанические условия, ученые полагают, что могут предсказать изменения в течение следующего столетия. Ученые обнаружили, что Гольфстрим резко замедлился в конце последнего ледникового периода, что имело пагубные последствия для организмов в Атлантике. Это открытие может помочь исследователям предсказать, как изменятся атлантические течения в ответ на изменение климата сегодня.
Гольфстрим — теплое океаническое течение, которое берет начало во Флоридском проливе между Флоридой и Кубой, а затем огибает восточное побережье США и Канаду и пересекает Северную Атлантику в Европу. Тепло, которое оно несет, поддерживает умеренные условия в Европе и, в некоторой степени, в Северной Америке. Течение является частью Атлантического меридионального опрокидывающего круговорота (AMOC), который переносит теплые воды из Южного полушария на север, а затем обратно в Антарктиду по гигантской петле.
Предыдущие модели показывали, что Гольфстрим слабеет, а AMOC может быть близок к краху, что будет иметь серьезные последствия для климата. Теперь новое исследование, опубликованное 9 мая 2024 года в журнале Science, обнаружило, что снижение Гольфстрима потенциально несет проблемы для океанских существ, которые зависят от питательных веществ, переносимых течением из тропиков в Северную Атлантику.
Визуализация НАСА, показывающая Гольфстрим, разворачивающийся из Флоридского пролива через северную часть Атлантического океана. Течение окрашено в зависимости от температуры поверхности моря. Красный цвет эквивалентен примерно 90 градусам по Фаренгейту (32 градусам по Цельсию), а зеленый — примерно 55 градусам по Фаренгейту (13 градусам по Цельсию). NASA/Goddard Space Flight Center Scientific Visualization Studio
Авторы основывали свои выводы на ископаемых и осадочных записях кратковременного похолодания между 12 900 и 11 700 лет назад, известного как поздний дриас. Резкое похолодание временно обратило вспять период глобального потепления во время перехода от эпохи плейстоцена к современной эпохе голоцена.
«Существует множество доказательств того, что AMOC ослабла во время холодного периода позднего дриаса, который ознаменовал переход от последнего ледникового периода», — пишут исследователи в исследовании. «Хотя детали фонового состояния климата и временные рамки изменений отличаются от современных, это климатическое событие прошлого дает возможность проверить механизмы, которые были выявлены в климатических моделях».
Чтобы реконструировать условия, которые преобладали в Гольфстриме во время позднего дриаса, исследователи изучили содержание питательных веществ в микроскопических окаменелостях и осадочных кернах из Флоридского пролива. Команда обнаружила, что содержание питательных веществ снизилось во время позднего дриаса по сравнению с тысячелетиями непосредственно до и после него. Это привело к голоданию фотосинтетических организмов в Северной Атлантике, которые преобразуют эти питательные вещества и солнечный свет в органическое вещество. Их упадок, вероятно, вызвал рябь по всей пищевой цепи, влияя на популяции рыб и других морских существ.
«В этой симуляции, по мере ослабления AMOC и потока питательных веществ, содержание питательных веществ в верхней части Северной Атлантики и первичная продуктивность снижаются», — пишут исследователи в исследовании. Снижение содержания питательных веществ в основании Гольфстрима было связано со стагнацией течений в Южном полушарии, где AMOC обычно подбирает богатые питательными веществами воды и гонит их на север.
«В этой симуляции, по мере ослабления AMOC и потока питательных веществ, содержание питательных веществ в верхней части Северной Атлантики и первичная продуктивность снижаются», — пишут исследователи в исследовании. Снижение содержания питательных веществ в основании Гольфстрима было связано со стагнацией течений в Южном полушарии, где AMOC обычно подбирает богатые питательными веществами воды и гонит их на север. Этот снимок позднего дриаса подкрепляет текущие климатические модели, которые предсказывают, что перенос питательных веществ в северную часть Атлантического океана резко упадет, если AMOC и Гольфстрим продолжат замедляться, согласно исследованию. Результирующее снижение первичной продуктивности повлияет на критически важные североатлантические рыболовные промыслы и может также ограничить количество CO2, которое могут поглотить океаны, пишут исследователи.
Скорость и направление глубинных течений у побережья Мозамбика подвержены изменениям в большей степени, чем предполагали ученые. Ранее считалось, что течения на морском дне постоянны и в регионе у побережья Мозамбика, который изучали авторы, направлены с юга на север. Однако результаты исследования показали, что глубоководные течения гораздо более динамичны, чем считалось ранее. Результаты показывают, что моделирование течений, используемое для отслеживания потока осадков и загрязняющих веществ в глубоком море и реконструкции древних условий океана, нуждается в обновлении.
Крупномасштабные течения — это конвейерные ленты океана, транспортирующие воду и питательные вещества и контролирующие климат Земли. Поверхностные течения сравнительно легко измерить и отследить. Но течения в глубине океана в основном остаются загадкой. Новое исследование, опубликованное в Nature Geoscience, представило самый большой на сегодняшний день набор данных о скорости и направлении течений, текущих вблизи морского дна, и это совсем не похоже на то, что ожидали ученые.
Ученые могут измерять глубоководные течения с помощью датчиков, называемых акустическими доплеровскими профилировщиками течений (ADCP), закрепленных на морском дне. Но развертывание и управление этими швартовками — сложная и дорогостоящая задача, поэтому многие исследования использовали их экономно в течение коротких периодов времени.
По счастливой случайности итальянская нефтегазовая компания Eni развернула беспрецедентный массив из 34 ADCP для промышленных целей на площади около 2500 квадратных километров (965 квадратных миль) в Мозамбикском проливе, недалеко от побережья. Компания поделилась данными, предоставив ученым уникальный и подробный вид на морское дно. Приборы измеряли скорость и направление течений каждые 10 минут в течение 4 лет.
Исследователи использовали 34 акустических доплеровских профилометра течений, подобных изображенному здесь, для измерения глубоководных течений вблизи Мозамбика. Майк Клэр
Когда Льюис Бейли, геолог, работающий сейчас в Университете Калгари, начал анализировать горы данных с ADCP, результаты выглядели настолько отличными от ожидаемой тенденции постоянных течений на север, что он задался вопросом, не совершил ли он ошибку. «Первое, что я подумал, было: «Это не может быть правдой», — сказал он.
Но после подсчета всех цифр исследователи обнаружили, что течения на морском дне часто ускорялись, замедлялись и даже меняли направление. «Мы были очень удивлены, увидев, насколько изменчивы были все течения даже между причалами, которые находились довольно близко друг к другу», — сказал Бейли.
Исследователи изучали, что могло вызвать изменения. «Это было почти как работа детектива», — сказал Бейли. Течения менялись в зависимости от сезона и приливных циклов. ADCP и закономерности в размытом морском дне показали, что течения на открытых склонах морского дна в среднем текут на север. Но в подводных каньонах, которые ориентированы примерно с востока на запад, течение часто меняет направление, протекая вверх или вниз по их длине.
Ученые предполагают, что характер течений во многом определяется приливами и рельефом морского дна.
Ученые также полагаются на моделирование океанических течений и ограниченные образцы керна морского дна для изучения переноса и осаждения осадков и загрязняющих веществ, таких как микропластик, и того, как они могут повлиять на глубоководные экосистемы. Они также используют похожие методы для реконструкции древних условий океана.
Авторы нового исследования предположили, что эти моделирования могут быть чрезмерно упрощены.
Исследователи признали, что исследование проводилось только в одной зоне мирового океана, и дополнительные данные по другим районам будут иметь неоценимое значение для создания более качественных моделей.