Океанский клад: как «солёный пузырь» скрывал и выпускал CO₂, управляя ледниковыми циклами

Некоторые факты о потеплении Земли науке точно известны. Например, когда в атмосфере больше углекислого газа (CO₂), он удерживает тепло. Это означает, что во время ледникового периода CO₂ в атмосфере Земли меньше.

«Одним из фундаментальных вопросов в нашей области был: «Куда девался этот CO₂ во время ледниковых периодов и откуда он брался, когда планета нагревалась?»», — говорит Райан Глаубке, палеоокеанограф и постдокторант Университета Аризоны.

У учёных были подозрения: очевидным «виновником» был океан, поскольку он огромен и, как известно, обменивается CO₂ с атмосферой. Но чтобы CO₂ мог храниться в океане долгое время, он должен находиться в холодной, солёной, плотной воде глубоко под поверхностью. До сих пор у учёных не было способа доказать, что уровень солёности в глубинах океана связан с изменениями атмосферного CO₂ в масштабе ледниковых периодов.

Теперь новое исследование, опубликованное в Nature Geoscience, похоже, подтверждает то, о чём многие исследователи давно думали: гигантский «пузырь» солёной океанской воды удерживал углекислый газ в глубинах океана во время последнего ледникового периода, а затем высвободил этот CO₂ во время события апвеллинга (подъёма глубинных вод) 18 000 лет назад.

Необычный апвеллинг

Во время учёбы в магистратуре Университета Рутгерса Глаубке и его коллеги собрали керны осадочных пород со дна моря. Это длинные, тонкие цилиндры ила со слоями, отражающими периоды истории Земли.

Обычно учёные используют такие керны, чтобы узнать о прошлых условиях у поверхности океана. Одноклеточные существа — фораминиферы (или сокращенно форамы) — живут и строят свои раковины вблизи поверхности океана. Когда они умирают и опускаются на дно, их раковины становятся частью донных отложений и сохраняют информацию о составе верхних слоёв океана.

Однако эта команда собрала керны в необычном месте — на границе Индийского и Южного океанов, у побережья Западной Австралии. Здесь глубинные воды океана поднимаются к поверхности.

«Очень сложно заглянуть на дно океана с поверхности, — говорит Лиз Сайкс, палеоокеанограф из Рутгерса, соавтор статьи и бывший научный руководитель Глаубке. — Но дело в том, что эти планктонные форамы находятся в таком месте океана, где вода, находящаяся на поверхности, только что вернулась наверх и всё ещё сохраняет большинство характеристик глубинной воды».

Сбор кернов в этом месте позволил учёным понять не только то, как менялся верхний слой океана в прошлом, но и то, как менялись воды, поднявшиеся с его глубин.

«Мы обнаружили, что с глубин океана на поверхность поднялось не только это геохимическое свидетельство старого углерода, который оставался на дне, но и, в то же самое время, мы видим увеличение солёности верхнего океана примерно на 2 промилле, что является очень масштабным изменением, — говорит Глаубке. — Думаю, это одно из ключевых достижений данной работы: она предоставляет доказательства в поддержку механизма удержания CO₂ с помощью этого «солёного пузыря»».

От ледниковой эпохи к межледниковью

Патрик Рафтер, химический океанограф, не участвовавший в исследовании, но занимавшийся измерением уровня радиоуглерода в собранных кернах, сказал, что и раньше был убеждён, что солёность должна играть важную роль в скорости глобальной океанской циркуляции, поэтому результаты для него «не стали неожиданностью». Он отметил, что исследование было тщательным и строгим, поскольку учёные подтвердили свои необычные выводы на нескольких видах планктона.

«Это как в любом расследовании: чем больше доказательств вы находите, тем больше склонны поверить, что это может быть правдой, — говорит он. — На данный момент имеющиеся данные свидетельствуют о том, что это надёжный результат, который мы должны учитывать, пытаясь объяснить климатические изменения между ледниковыми и межледниковыми периодами».

Более того, поднимающиеся воды Южного океана питают глобальную конвейерную ленту течений, включая Атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию. Во время ледникового периода эти течения, как правило, более вялые. Их усиление — важный элемент для выхода планеты из ледниковой эпохи.

«Мы утверждаем, что эта водная масса не только высвобождала углерод в атмосферу и, по сути, нагревала планету, но и соль, которая затем включалась в глобальный конвейер течений, вероятно, сыграла действительно важную роль в переключении режима с ледникового на межледниковый, — объясняет Глаубке. — Таким образом, этот «солёный пузырь», возможно, внёс двойной вклад в завершение последнего ледникового периода».

—Эмили Гарднер, ассоциированный редактор

Это открытие не только закрывает важный пробел в понимании климатических циклов прошлого, но и даёт ключевые подсказки для моделирования будущего. Оно наглядно демонстрирует, насколько мощной климатической «батареей» и регулятором является мировой океан, способный на тысячелетия изолировать или высвобождать колоссальные объёмы углерода. Понимание подобных природных механизмов становится всё более критичным в эпоху антропогенного изменения климата.