Замедление древнего океана предупреждает о будущем климатическом хаосе
Когда дело доходит до реакции океана на глобальное потепление, мы не находимся в совершенно неизведанных водах. Исследование Калифорнийского университета в Риверсайде показывает, что эпизоды сильной жары в прошлом на Земле приводили к сокращению обмена вод с поверхности в глубины океана.
Эту систему назвали «глобальным конвейером», поскольку она перераспределяет тепло по земному шару посредством движения океанских вод, делая большие части планеты пригодными для жизни.
Исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences, с использованием крошечных окаменелых ракушек, извлеченных из древних глубоководных отложений, демонстрирует, как реагировала конвейерная лента около 50 миллионов лет назад. В то время климат Земли напоминал условия, прогнозируемые к концу этого столетия, если не будут приняты существенные меры по сокращению выбросов углекислого газа.
Океаны играют решающую роль в регулировании климата Земли. Они перемещают теплую воду от экватора к северному и южному полюсам, уравновешивая температуру планеты. Без этой системы циркуляции в тропиках было бы намного жарче, а на полюсах – намного холоднее. Изменения в этой системе связаны со значительными и резкими изменениями климата.
Кроме того, океаны играют решающую роль в удалении антропогенного углекислого газа из атмосферы. «Океаны на сегодняшний день являются крупнейшим постоянным резервуаром углерода на поверхности Земли», — сказала Сандра Киртланд Тернер, заместитель председателя Департамента наук о Земле и планетах UCR и первый автор исследования.
«Сегодня океаны содержат почти 40 000 миллиардов тонн углерода — более чем в 40 раз больше углерода в атмосфере. Океаны также поглощают около четверти антропогенных выбросов CO2», — сказал Киртланд Тернер. «Если циркуляция океана замедляется, поглощение углерода океаном также может замедлиться, увеличивая количество CO2, который остается в атмосфере».
Предыдущие исследования измеряли изменения в циркуляции океана в недавнем геологическом прошлом Земли, например, после окончания последнего ледникового периода; однако они не соответствуют уровням атмосферного CO2 или потеплению, происходящему на планете сегодня. Другие исследования предоставляют первые доказательства того, что глубоководная циркуляция океана, особенно в Северной Атлантике, уже начинает замедляться.
Чтобы лучше предсказать, как циркуляция океана реагирует на глобальное потепление, вызванное парниковыми газами, исследовательская группа обратилась к эпохе раннего эоцена, примерно между 49 и 53 миллионами лет назад. Земля тогда была намного теплее, чем сегодня, и этот базовый уровень высокой температуры перемежался всплесками CO2 и температурой, называемыми гипертермическими явлениями.
В тот период глубина океана была на 12 градусов по Цельсию теплее, чем сегодня. Во время гипертермальных явлений океаны прогрелись еще на 3 градуса Цельсия.
«Хотя точная причина гипертермальных явлений обсуждается, и они произошли задолго до существования людей, эти гипертермальные явления являются лучшими аналогами, которые у нас есть для будущего изменения климата», — сказал Киртланд Тернер.
Анализируя крошечные ископаемые раковины из разных мест морского дна по всему миру, исследователи реконструировали закономерности глубоководной циркуляции океана во время этих гипертермальных явлений. Раковины принадлежат микроорганизмам, называемым фораминиферами, которые обитают по всему Мировому океану, как на поверхности, так и на морском дне. Они размером с точку в конце предложения.
«По мере того, как существа строят свои панцири, они включают в себя элементы из океанов, и мы можем измерить различия в химическом составе этих панцирей, чтобы в целом реконструировать информацию о древних температурах океана и моделях циркуляции», — сказал Киртланд Тернер.
Сами раковины состоят из карбоната кальция. Изотопы кислорода в карбонате кальция являются индикаторами температуры воды, в которой росли организмы, и количества льда на планете в то время.
Исследователи также исследовали изотопы углерода в раковинах, которые отражают возраст воды, в которой были собраны раковины, или то, как долго вода была изолирована от поверхности океана. Таким образом, они могут реконструировать закономерности движения глубоководных вод океана.
Фораминиферы не могут фотосинтезировать, но их раковины указывают на влияние фотосинтеза других организмов поблизости, например, фитопланктона. «Фотосинтез происходит только на поверхности океана, поэтому вода, которая недавно находилась на поверхности, имеет сигнал, богатый углеродом-13, который отражается в раковинах, когда эта вода опускается в глубины океана», — сказал Киртланд Тернер. «И наоборот, вода, которая долгое время была изолирована от поверхности, накопила относительно больше углерода-12, поскольку остатки фотосинтезирующих организмов тонут и разлагаются. Таким образом, более старая вода содержит относительно больше углерода-12 по сравнению с «молодой» водой».
Сегодня ученые часто делают прогнозы о циркуляции океана, используя компьютерные климатические модели. Они используют эти модели, чтобы ответить на вопрос: «Как изменится океан по мере того, как планета продолжает нагреваться?» Эта команда аналогичным образом использовала модели для моделирования реакции древнего океана на потепление. Затем они использовали анализ раковин фораминифер, чтобы проверить результаты своих климатических моделей.
Во время эоцена в атмосфере содержалось около 1000 частей на миллион (ppm) углекислого газа, что способствовало высоким температурам той эпохи. Сегодня в атмосфере содержится около 425 частей на миллион.
Однако ежегодно люди выбрасывают в атмосферу около 37 миллиардов тонн CO2; если такие уровни выбросов сохранятся, к концу этого столетия могут возникнуть условия, аналогичные ранним эоцену.
Поэтому Киртланд Тернер утверждает, что необходимо приложить все усилия для сокращения выбросов.
«Это не ситуация «все или ничего», — сказала она. «Каждое небольшое изменение важно, когда дело касается выбросов углекислого газа. Даже небольшое сокращение выбросов CO2 коррелирует с меньшими воздействиями, меньшими человеческими жертвами и меньшими изменениями в мире природы».