В Атлантическом океане скрыт «тепловой клапан», регулирующий температуру Земли

Фото из открытых источников

Наш относительно стабильный глобальный климат регулируется невероятно сложным набором факторов, взаимодействующих друг с другом динамичным и изменчивым образом, — но в этой системе есть пара действительно крупных, ключевых игроков.

Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (АМОЦ, Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) — одна из них. Эта система океанских течений перераспределяет тепло из тропических регионов в более холодные места, а также охлаждает более теплые воды (что важно для чувствительных морских организмов, таких как кораллы).

Питательные вещества, от которых зависят морские виды, также перемещаются по этому гигантскому, по большей части невидимому конвейеру под водой.

В настоящее время Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) ослабевает из-за антропогенного изменения климата, что может иметь огромные последствия, изменяя температурный режим и режим выпадения осадков, от которых зависит выращивание продуктов питания человеком. 

Поэтому вполне логично, что исследователи хотят понять, когда и как, как пишет ведущий автор исследования Кристо Буйзерт в аналитическом обзоре, «наступает критический порог, за которым ослабление АМОК становится самоподдерживающимся и необратимым».

Именно этому было посвящено исследование, проведенное поистине международной командой для журнала Nature Geoscience, в состав которой входил Буйзерт.

Обращение к прошлому может дать некоторые ответы: во время ледниковых периодов плейстоцена Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) неоднократно переходила из сильного состояния в слабое.

Эти изменения совпали с резкими климатическими событиями, известными как события Дансгарда–Оэшгера, или Д–О, которые особенно четко зафиксированы в ледяных кернах Гренландии. 

Традиционное объяснение этих явлений Дальтона-Оушен-Уоллиса заключалось в том, что исследователи называют «термическими биполярными качелями». Эти климатические качели представляли собой модель, которая, казалось, объясняла, как перенос тепла, вызванный Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией (AMOC), приводил к потеплению на одном полюсе и похолоданию на другом. 

Посмотрев на ситуацию с новой точки зрения, исследователи предложили другое объяснение, которое, согласно заявлению Буйзерта, включает в себя «синтез двух десятилетий наблюдений и теоретических достижений в понимании важнейшей роли содержания тепла в океане (OHC), морского льда и планетарного радиационного баланса (разницы между входящим солнечным излучением и исходящим излучением, испускаемым Землей)». 

Вместо того чтобы рассматривать Атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию (AMOC) в первую очередь как конвейер, перекачивающий тепло из одного полушария в другое, исследователи предлагают рассматривать ее скорее как «океанский тепловой клапан».

Исследователи запустили три климатические модели, способные воспроизводить спонтанные, самоподдерживающиеся климатические колебания типа До-О'Кора в условиях ледникового периода.

Они обнаружили, что когда Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) была сильной, интенсивная глубинная конвекция в Северной Атлантике позволяла океану терять большое количество тепла в атмосферу. Планета также теряла энергию в космос.

Когда Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция ослабла, глубинная конвекция прекратилась. Северная Атлантика теряла меньше тепла, чем поглощала остальная часть океана, поэтому тепло накапливалось во внутренних слоях океана. Планета в целом получила энергию.

«Тепловой клапан» Атлантического океана регулирует температуру Земли. Изменение климата может ослабить его.

Иными словами, АМОК действовала не столько как простой тепловой конвейер, перемещающий тепло из одного места в другое, сколько как клапан, регулирующий, разрешается ли отвод тепла из океана.

Когда клапан был открыт, тепло уходило. Когда он был закрыт, тепло накапливалось.

Эта модель теплового клапана также помогает объяснить давнюю загадку, связанную с различиями в данных ледяных кернов, которые показали быстрые изменения в Гренландии и более медленные изменения в Антарктиде за одни и те же периоды времени.

Новая модель теплового клапана показывает, что это связано с быстрыми изменениями теплопотерь в Северной Атлантике и более медленными изменениями количества тепла, накопленного в океане, что отражено в данных по Антарктике.

Исследователи утверждают, что вместо того, чтобы просто играть на противоположных концах качелей теплопередачи, оба полюса реагировали на разные аспекты глобально взаимосвязанного цикла теплопередачи в океане.

«Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC) действует как океанический тепловой клапан, регулирующий температуру планеты посредством радиационного баланса Земли», — написал Дэвид Бонан из Вашингтонского университета.

Итак, что произойдет, если применить эту модель клапана к сегодняшнему глобальному потеплению?

Поскольку вызванные деятельностью человека изменения климата влияют на океан, ослабление циркуляции может уменьшить глубинную конвекцию и увеличить количество тепла, накапливаемого в океане. Поэтому исследователи приходят к выводу, что дальнейшее ослабление Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) может фактически усилить глобальное потепление, «снизив» тепловой клапан океана.

Исследователи отмечают, что их модель снабжена важной оговоркой:

Климатическая система ледникового периода сильно отличалась от современной. Циклы Дансгаарда-Ошгрена происходили в условиях ледниковых периодов, когда огромные объемы морского льда способствовали возникновению обратных связей, позволявших Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) переключаться между различными состояниями. В более теплом будущем Северная Атлантика может быть в значительной степени или полностью свободна ото льда, что устранит механизм, игравший центральную роль в этих древних колебаниях.

Таким образом, прошлое не дает хрустального шара для предсказания будущего Атлантической меридиональной циркуляции (АМЦ). Но оно предлагает нечто, пожалуй, почти столь же полезное: естественный эксперимент, показывающий, что изменения в этой циркуляции могут влиять не только на то, куда направляется тепло, но и на то, сколько тепла планета в целом удерживает.

Буйзерт призывает к значительному увеличению объёма исследований в этой области, поскольку, как он пишет, «выяснение того, будет ли у будущей Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) более одного стабильного состояния, является важнейшей исследовательской задачей, поскольку это может означать разницу между временным ослаблением и необратимым коллапсом, имеющим глубокие социальные последствия».