Переосмысление древних течений: Глубинные воды Атлантики были теплее в ледниковый период, чем считалось

Согласно новому исследованию, опубликованному в журнале Nature, ключевой компонент Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (АМОС) — крупномасштабной схемы океанских течений — был теплее в пиковый период последнего ледникового максимума на Земле, чем предполагалось ранее.

Результаты этой работы противоречат выводам предыдущих исследований, которые указывали на относительно холодное состояние Северной Атлантики и ослабление АМОС во время серьёзного климатического стресса в период последнего ледникового максимума (LGM) около 19 000–23 000 лет назад.

Как отметил Джек Уортон, палеоокеанограф из Университетского колледжа Лондона и ведущий автор нового исследования, эти данные укрепляют доверие к моделям, которые учёные используют для прогнозирования изменений АМОС в условиях будущего потепления климата.

Данные из глубины

Циркуляция АМОС, как в настоящее время, так и в прошлом Земли, зависит от формирования плотной, солёной Северо-Атлантической глубинной воды (САГВ). Она насыщает глубокий океан кислородом, опускаясь вниз, и помогает регулировать климат планеты. Климатические условия АМОС во время LGM часто используются учёными в качестве теста для оценки точности климатических моделей, подобных тем, что применяются в крупных глобальных климатических оценках.

Однако до проведения нового исследования существовало мало точек данных для проверки моделей, описывающих состояние САГВ в эпоху LGM. В 2002 году учёные проанализировали флюиды в кернах донных отложений с четырёх участков в Северной Атлантике, южной части Тихого океана и Южном океане. Результаты тогда свидетельствовали о однородно низкой температуре глубинных вод во всех трёх регионах.

«Ограничений по температуре глубокого океана в период [последнего ледникового максимума] было очень мало, и они были разрозненными», — сказал Уортон. Для него результаты 2002 года казались нелогичными. Было более вероятно, считал он, что Северная Атлантика в разгар последнего ледникового периода оставалась динамичной: ветры и холодный воздух охлаждали и испаряли поверхностные воды, делая их более солёными, плотными и склонными к формированию САГВ, стимулируя циркуляцию.

«Это совершенно ново, — вспоминает он свои мысли. — Какие надёжные научные данные могут помочь подтвердить правдоподобность этого?»

Уортон и его коллеги проанализировали 16 кернов донных отложений, собранных по всей Северной Атлантике. Сначала они измерили соотношение микроэлементов магния и кальция в микроскопических раковинах микроорганизмов, называемых бентосными фораминиферами. Это соотношение связано с температурой, при которой жили микроорганизмы. Результаты показали, что Северо-Атлантическая глубинная вода была значительно теплее, чем указывало исследование 2002 года.

Уортон отнёсся к этому с осторожностью, особенно потому, что соотношение магния и кальция иногда зависит не только от температуры, но и от химического состава океана. Команда, на этот раз под руководством докторанта Университетского колледжа Лондона Эмилии Козиковской, верифицировала первоначальные результаты с помощью метода кламп-изотопного анализа. Этот метод измеряет, как изотопы углерода в кернах связаны друг с другом, что является индикатором температуры. По сути, команда «провела всё исследование заново, но другим методом», — сказал Уортон. Результаты совпали.

Анализ множества температурных индикаторов в нескольких кернах из различных локаций делает исследование «очень тщательным и хорошо выполненным», — сказала Джин Линч-Стиглиц, палеоокеанограф из Технологического института Джорджии, не входившая в исследовательскую группу, но тесно сотрудничавшая с одним из её авторов.

Эти результаты в сочетании с предыдущими данными о солёности из тех же кернов позволили команде сделать выводы о вероятной циркуляции в Северной Атлантике во время LGM. «Мы смогли установить, что циркуляция всё ещё была активной», — пояснил Уортон.

Моделирование АМОС

По словам Линч-Стиглиц, полученные данные дают учёным дополнительный ориентир для проверки точности климатических моделей. «Циркуляция во время LGM — хорошая цель для тестирования, и чем больше мы можем уточнить контрольные показатели… это действительно полезно, — сказала она. — Это ещё один очень хороший набор данных, который можно использовать для более точной оценки того, как на самом деле функционировала циркуляция в период последнего ледникового максимума».

«Наши данные помогают показать, что, возможно, АМОС поддерживалась».

Во многих широко используемых климатических моделях циркуляция в Северной Атлантике во время LGM согласуется с картиной, представленной командой Уортона, указывая на то, что САГВ каким-то образом формировалась в этот период, отметила Линч-Стиглиц. Однако ни одна модель не может полностью объяснить все косвенные данные, относящиеся к климатическим условиям LGM.

«Наши данные помогают показать, что, возможно, АМОС поддерживалась», что способствует согласованию климатических моделей с косвенными данными, сказал Уортон. Линч-Стиглиц добавила, что, возможно, не менее важным вкладом нового исследования является устранение сложного для моделирования ориентира — очень холодной САГВ во время LGM, предложенного исследованиями начала 2000-х годов. «Нам не нужно делать весь океан сверххолодным [в моделях]», — сказала она.

Некоторые климатические модели предполагают, что современное изменение климата может замедлить АМОС, что способно спровоцировать сильное похолодание в Европе, изменить глобальные режимы выпадения осадков и привести к дополнительному хаосу в земных системах. Однако океаническая циркуляция чрезвычайно сложна, и модели различаются по своей способности прогнозировать будущие изменения. Тем не менее, «если бы они могли отлично справиться с моделированием АМОС периода LGM, то у нас было бы гораздо больше уверенности в их способности прогнозировать будущую АМОС», — считает Линч-Стиглиц.

Уортон также отметил, что результаты исследования позволяют по-новому взглянуть на другой вопрос, который изучают учёные относительно последнего ледникового периода — как и почему он закончился. Многие гипотезы основываются на предположении, что воды Северной Атлантики во время LGM были близки к точке замерзания. «Мы же предполагаем, что, возможно, они не были так близки к замерзанию… это, по сути, означает, что людям, возможно, придётся пересмотреть эти гипотезы», — заключил он.