Исследователи ищут объяснение «последнего ледникового максимума» в Южном океане

Палеоклиматические данные последнего ледникового периода — времени 21 000 лет назад, называемого «последним ледниковым максимумом» (LGM) — говорят о холодной Земле, чьи северные континенты были покрыты обширными ледяными щитами. Химические следы в окаменелостях планктона из глубоководных отложений показывают перестройку водных масс океана и расширенное покрытие морским льдом у Антарктиды. Пузырьки воздуха в ледяных кернах показывают, что углекислый газ в атмосфере был значительно ниже уровней, наблюдавшимся до промышленной революции.

Хотя ледниковые периоды запускаются медленными колебаниями орбиты Земли, исследователи согласны, что одного лишь уменьшения солнечной энергии было недостаточно для такого оледенения. Палеоклиматологи пытаются объяснить фактический механизм этих изменений уже 200 лет.

В новом исследовании, опубликованном в Proceedings of the National Academy of Sciences, Раффаэле Феррари из MIT и его коллеги предложили новый подход к этой загадке, сосредоточившись на физике Южного океана.

Легкие океана

Исследователи сфокусировались на Южном океане, который окружает Антарктиду. Это критическая часть углеродного цикла, обеспечивающая связь между атмосферой и глубоководной бездной. Это одно из немногих мест, где богатые углеродом глубинные воды поднимаются к поверхности, чтобы «вдохнуть» и «выдохнуть» CO₂.

Однако во время LGM постоянный морской лед покрывал гораздо большую часть поверхности Южного океана. Команда решила изучить, как это расширенное ледяное покрытие повлияло на способность океана обмениваться CO₂ с атмосферой.

Удар по системе

Используя математическое уравнение, описывающее ветровые циркуляции океана вокруг Антарктиды, исследователи рассчитали объём воды, который был «заперт» под морским льдом течениями в эпоху LGM. Они обнаружили, что лед покрывал единственное место, где глубинный океан мог «дышать». Поскольку морской лёд изолировал эти глубинные воды, CO₂ из Южного океана не мог выйти в атмосферу.

Этот процесс был связан с масштабной перестройкой водных масс, очевидной по палеоклиматическим данным. Под расширенным морским льдом больший объём поднявшихся глубинных вод снова опускался вниз. В итоге абиссальные воды Южного океана заполнили больший объём среднего и нижнего океана, подняв границу между верхними и нижними водами. «Дыша» меньше, океан мог хранить гораздо больше углерода.

Взаимосвязь событий

Исследование предполагает динамическую связь между расширением морского льда и увеличением объёма океанских вод, изолированных от атмосферы, — событиями, которые ранее рассматривались как независимые. Это объясняет не только очень низкий уровень атмосферного CO₂ во время последнего ледникового периода, но и тот факт, что это повторялось в каждый из последних четырёх ледниковых периодов.

«Это исследование — элегантное, простое объяснение, которое собирает все эти части воедино, как никому раньше не удавалось», — говорит профессор Принстона Дэниел Сигман, не участвовавший в работе. По его словам, эта новая концепция сужает круг возможных объяснений и фокусирует внимание на условиях морского льда и биохимии поверхности Южного океана.