Дно океанов оказывает удивительно сильное влияние на климат

Фото из открытых источников

Сама форма океанского дна способна поддерживать основные океанские течения и климатические модели, даже в смоделированной Земле, где практически нет суши. Результаты исследования опубликованы в журнале Ocean-Land-Atmosphere Research.

Если убрать почти всю сушу с Земли, можно было бы ожидать, что климатическая система рухнет, превратившись в нечто простое. Однако новые исследования говорят об обратном. Даже без учета суши, одной лишь формы океанического дна достаточно для поддержания многих ключевых особенностей климата Земли.

«Наша цель состояла в том, чтобы лучше понять роль океанической батиметрии [формы и глубины океанического дна, в отличие от распределения суши и моря или континентального рельефа] в формировании крупномасштабной океанической циркуляции и глобального климата», — сказал ведущий автор исследования Пейси Ван из Университета Сунь Ятсена. «В частности, сохраняя реалистичную батиметрию океана и удаляя континенты, мы исследовали, в какой степени одной лишь батиметрии достаточно для поддержания крупномасштабной циркуляции и асимметричных климатических характеристик двух полушарий».

Глобальный климат определяет практически все аспекты жизни на Земле. Он определяет, где люди селятся, какие растения и животные процветают, и как люди выращивают продукты питания и строят экономику. 

Учёным уже известно, что топография играет здесь важную роль. Она формирует циркуляцию атмосферы, перенос энергии и динамику океана. Менее ясно, какая именно часть этого влияния обусловлена батиметрией.  

Большая часть того, что ученые знают о роли топографии в климате, получена на основе идеализированных моделей. К ним относятся модели общей циркуляции атмосферы, версии этих моделей, сопряженные с упрощенными слоями океана, и полностью сопряженные модели общей циркуляции. 

Один из особенно упрощенных подходов — это моделирование аквапланеты. Это идеализированная версия Земли, из которой удалены суша, горы и морской лед. В рамках этого исследования ученые провели два эксперимента, используя полностью связанную модель земной системы на основе сообществ (Community Earth System Model). 

Первый эксперимент представлял собой контрольный вариант, в котором использовалась реальная география современной Земли, которую они назвали REAL. Во втором варианте вся суша была заменена мелководным слоем океана глубиной 10 метров, при этом сохранилась реальная форма морского дна. Этот эксперимент с аквапланетой они назвали BATHY. 

Результаты оказались поразительными. По сравнению с моделированием реальной Земли, BATHY сохранила в целом схожую картину крупномасштабной океанической циркуляции, но в целом циркуляция стала сильнее и претерпела важные изменения.

По мере изменения океанских течений ветровые системы перемещали тепло по всему земному шару, и пока Антарктида нагревалась, Арктика охлаждалась. По всей видимости, сама форма морского дна содержит в себе большую часть того, что необходимо для воспроизведения этих узоров.

«Наши результаты показывают, что океаническая батиметрия играет важную роль в формировании глобальной климатической системы, регулируя крупномасштабную циркуляцию океана и перенос тепла», — сказал Ван.

Даже без учета континентов, реалистичный рельеф морского дна поддерживал Атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию (АМОК), хотя ее структура и менялась.

Циркуляция ослабла на глубине около 1000 метров, но усилилась ниже этой глубины, что привело к общему углублению Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции. Также сформировалась Тихоокеанская меридиональная опрокидывающая циркуляция.

«Примечательно, что асимметрия климата в полушариях сохраняется в конфигурации батипланет из-за существования Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC), хотя она существенно снижена по сравнению с реальной конфигурацией, что подчеркивает совместную роль океанической батиметрии и геометрии континентов в формировании климата Земли», — пояснил Ван.

Форма океанического дна — это не просто пассивная граница, расположенная под водой. Она активно регулирует взаимосвязанную динамику океана и атмосферы, контролируя крупномасштабную циркуляцию. 

По всей видимости, она также способна поддерживать некоторые климатические различия между Северным и Южным полушариями даже при почти полном отсутствии суши, хотя эти различия были значительно слабее, чем на реальной Земле.

Эти выводы имеют более широкие последствия, выходящие за рамки простого понимания современной Земли. Они могут помочь объяснить обратную связь между циркуляцией океана и климатом в целом. 

Они могут даже пролить свет на древние климатические условия на Земле и климатические условия на других планетах. Это включает в себя океанические миры в других частях Солнечной системы, где континентов, возможно, никогда и не существовало.

В дальнейшем исследователи планируют глубже изучить конкретные механизмы, лежащие в основе этого процесса. 

Их следующая цель — более точно количественно оценить, как отдельные особенности океанической батиметрии и формы континентов влияют на океаническую циркуляцию и климат по отдельности, а не рассматривать топографию как единый комбинированный фактор.

«В конечном итоге мы надеемся лучше понять, как океаническая батиметрия взаимодействует с другими компонентами земной системы, формируя глобальный климат», — заключил Ван.