Повышение температуры океана сдвигает «режим» антарктического морского льда

Фото из открытых источников

Ученые спорят о причинах резкого сокращения антарктического морского льда, который когда-то казался невосприимчивым к изменению климата, за последнее десятилетие. Теперь исследования показывают, что усиление ветров поднимает теплую воду из глубин океана, прорывая верхние слои воды, защищавшие лед от таяния. Результаты были опубликованы в журналах PNAS и Nature Climate Change.

Хотя площадь арктического морского льда сократилась примерно на 40 процентов за четыре десятилетия, до недавнего времени лед вокруг Антарктиды немного расширялся, что ставило под сомнение большинство климатических моделей. Затем, после 2015 года, площадь льда упала с рекордно высокого уровня до нескольких рекордно низких, потеряв территорию размером с Гренландию.

Некоторые исследования предполагают, что таяние морского льда может быть в основном связано с температурой воздуха, которая в последние годы была настолько высокой, что антарктическим исследователям приходилось фотографироваться в купальниках. Два новых исследования доказывают, что потепление океана сыграло более значительную роль в этом «сдвиге режима».

«Многие скажут… что именно атмосферное потепление растопило морской лед сверху», — говорит Саймон Джози из Национального океанографического центра в Саутгемптоне, Великобритания, который не принимал участия в исследовании. «Теперь эти ученые провели тщательный анализ и получили правдоподобную цепочку событий, которая говорит о том, что океан сыграл ключевую роль в таянии льда в 2016 году. Никто раньше не приводил таких аргументов».

В рамках глобальной океанической циркуляции масса теплой соленой воды, называемая циркумполярной глубинной водой, течет на юг из тропиков и окружает Антарктиду на глубинах менее 200 метров. Но она все чаще поднимается к поверхности, где может растапливать морской лед, как показывают данные измерений температуры и солености, полученные за два десятилетия с помощью нескольких сотен дрейфующих буев.

Антарктида окружена поясом сильных ветров и штормов в широтах «ревущих сороковых», «яростных пятидесятых» и «кричащих шестидесятых». Согласно исследованию Эрла Уилсона из Стэнфордского университета и его коллег, изменение климата сместило траекторию штормов на юг, что привело к увеличению количества осадков в зоне морского льда. Первоначально осадки создали слой пресной поверхностной воды, который лучше изолировал дно морского льда от теплой глубинной воды, позволив ему расшириться до рекордных размеров 2014 года.

Но смещение траектории штормов на юг также приводит к усилению ветров, которые сносят поверхностную воду и лед вперед. Из-за вращения Земли вода движется на 90 градусов влево от направления ветра, образуя спирали, подобные круговороту в море Уэдделла. По мере того, как поверхностная вода отбрасывается к краям, глубинная вода поднимается снизу, заполняя пустоту в центре.

В период с 2014 по 2016 год этот вызванный ветром подъем начал одерживать верх в «борьбе» с защитным слоем увеличенного количества осадков, и морской лед в море Уэдделла начал таять. Когда исследователи ввели наблюдаемые изменения температуры и солености в простую компьютерную модель, она спрогнозировала, что морской лед будет расширяться, а затем сжиматься, как это происходило в реальном мире.

«Большинство признаков указывают на устойчивое и продолжительное сокращение морского льда, потому что даже при потенциальном подавлении тепла в глубинных слоях океана из-за осадков… тепло все равно остается», — говорит Уилсон. «Все, что потребуется, — это внезапное изменение условий, чтобы это тепло снова появилось».

Это изменение началось с серии ветровых бурь, согласно второму исследованию Тео Спиры из Института Альфреда Вегенера в Бремерхафене, Германия, и его коллег.

Еще до дополнительных осадков последних лет теплые циркумполярные глубинные воды удерживались от поверхностного слоя зимней водой — слоем холодной соленой воды, образующейся при формировании морского льда зимой и отталкивающей ионы соли из своей новой кристаллической структуры.

Но глубинные воды нагреваются из-за глобального потепления. Поскольку вода расширяется при повышении температуры, глубинные слои занимают больше места, разрежая зимние воды. В 2015 и 2016 годах более сильные, чем обычно, ветры подняли больше глубинных вод через зимний водный барьер. С тех пор слоистость не восстановилась.

Результаты исследования показывают, что даже если сильные ветры были естественным колебанием, этому способствовало глобальное потепление.

«Именно ветер приводит к такому быстрому сокращению [морского льда], но именно океан удерживает его на низком уровне», — говорит Спира. «Определенно есть доказательства того, что мы находимся в новом режиме».

Хотя таяние морского льда не повышает уровень моря, оно может нанести вред видам, которые проводят часть своей жизни на этом льду, таким как криль или пингвины. А если морской лед отступит вблизи ключевых шельфовых ледников, где его отталкивание соли способствует образованию плотных антарктических придонных вод, это может повлиять на глобальные океанические течения, включая Атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию, которая поддерживает тепло в Европе.

«Если уменьшить образование морского льда в этих регионах… то уменьшится количество придонной воды и, возможно, замедлится меридиональная опрокидывающая циркуляция», — говорит Уилсон, хотя и отмечает, что пресная вода от таяния ледников оказывает большее влияние на придонную воду.