Исследователи решают одну из великих научных загадок ледниковых периодов

Международная группа учёных под руководством специалистов из Института Альфреда Вегенера получила новые данные об обмене углекислым газом между океаном и атмосферой, внеся значительный вклад в решение одной из великих научных загадок ледниковых периодов. За последние 800 000 лет климатической истории переходы от межледниковий к ледниковым периодам всегда сопровождались значительным снижением содержания CO₂ в атмосфере — с 280 до 180 ppm. Куда исчезал этот объём парникового газа и как он позже возвращался в атмосферу, оставалось предметом споров. Учёным удалось обнаружить крупный резервуар CO₂ на глубине 2000–4300 метров в южной части Тихого океана и восстановить историю его выбросов. Результаты опубликованы в открытом доступе в журнале Nature Communications.

Южный Тихий океан считается одним из крупнейших «окон вентиляции» Мирового океана, где глобальная конвейерная лента течений поднимает богатую углеродом воду с больших глубин к поверхности. Обычно это приводит к высвобождению CO₂ в атмосферу. Однако во время последнего ледникового периода и перехода к современной тёплой эпохе этот процесс, по-видимому, остановился. Чтобы понять судьбу глубинных вод, международная команда геологов, геохимиков и моделлеров проанализировала керны морских отложений из юго-западной части Тихого океана.

Исследованные образцы, охватывающие период в 35 000 лет, содержали известковые раковины фораминифер. Радиоуглеродный анализ (14C) этих раковин позволил определить возраст водных масс, в которых обитали организмы, и период отсутствия их обмена с атмосферой. «Чем старше водная масса, тем больше CO₂ она хранит, поскольку связанный углерод в виде останков животных и растений постоянно опускается с поверхности», — поясняет ведущий автор исследования, геолог Томас Ронге из Института Альфреда Вегенера.

Результаты показали, что около 20 000 лет назад воды Южного океана были сильно стратифицированы и почти не смешивались. Глубинные воды южной части Тихого океана в тот период обогащались не только старым CO₂ от разложения органики, но и за счёт выбросов подводных вулканов.

Учёные реконструировали картину ледникового океана: обширный морской лёд закрыл «окно вентиляции» над Антарктикой, а смещение западных ветров к северу замедлило подъём глубинных вод. Циркуляция в глубоком океане замедлилась настолько, что тяжёлые солёные воды ниже 2000 метров не контактировали с поверхностью почти 3000 лет. За это время в них накопилось огромное количество углерода из останков организмов, что и сделало этот слой искомым крупным резервуаром CO₂. Данные также показали, что возраст водных масс искусственно увеличился с примерно 3000 до 8000 лет из-за вулканического углерода.

В конце ледникового периода, когда морской лёд отступил, ветра вернулись на юг, а океаническая циркуляция ускорилась, обогащённая углеродом глубинная вода вновь достигла поверхности. «Тогда вода высвободила в атмосферу большие объёмы накопленного углерода в виде старого CO₂, значительно ускорив потепление планеты», — говорит Томас Ронге.

В настоящее время богатая углеродом глубинная вода вокруг Антарктики также поднимается к поверхности. Однако, поскольку концентрация CO₂ в атмосфере превысила 400 ppm, Южный океан сейчас не выделяет, а поглощает парниковый газ, слегка смягчая глобальное потепление. Модельные исследования показывают, что это соотношение может измениться в ближайшие столетия, поскольку усиление западных ветров, связанное с изменением климата, будет способствовать более активному подъёму богатой CO₂ глубинной воды.