Мертвое море, умирая, создает собственный экстремальный климат

Фото из открытых источников

Мертвое море, граничащее с Иорданией на востоке и Израилем и Западным берегом на западе, представляет собой исключительно соленое озеро. Очевидным подозреваемым является более горячий воздух. Однако новое исследование предполагает, что часть объяснения кроется в самом озере: потеря воды может способствовать потеплению, а это потепление, в свою очередь, может поддерживать дальнейшее испарение и потерю воды — замкнутый круг обратной связи между сокращением объема и нагреванием. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.

Этот механизм может объяснить, как древние моря образовали огромные залежи соли, не требуя при этом исключительно жаркого и сухого климата в окружающей среде.

Под руководством Эммануэля Гильерма из немецкого Центра геофизических исследований им. Гельмгольца при GFZ и американского Бингемтонского университета команда разработала модель, связывающую потери воды, концентрацию солей и теплообмен.

Мертвое море представляет собой природную лабораторию. Изменение русла притока воды человеком привело к снижению уровня озера и выпадению солей в осадок. В период с 1979 по 2019 год уровень воды в нем снизился примерно на 34 метра. За это время глубинные воды нагрелись на 2,8°C, а верхний слой – примерно на 1,7°C.

Модель, откалиброванная с использованием измерений 2012–2015 годов, воспроизвела наблюдаемую тенденцию потепления в период 1979–2019 годов и сезонные температурные закономерности. Далее команда отдельно протестировала два фактора: в одной симуляции поддерживалась постоянная температура воздуха, а в другой — постоянный уровень воды в озере.

В этих модельных расчетах повышение температуры воздуха к 2010-м годам способствовало потеплению глубинных вод примерно на 1,3 °C. Снижение уровня воды способствовало потеплению примерно на 1,5 °C. 

Испарение отводит тепло, охлаждая оставшуюся воду, подобно тому, как испаряющийся пот охлаждает наше тело. Растворенные соли изменяют этот процесс. Они уменьшают склонность воды к испарению при заданной температуре. По мере исчезновения воды и увеличения концентрации рассола испарительное охлаждение ослабевает.

Таким образом, оставшаяся вода может нагреваться. Когда она становится теплее воздуха над ней, разница температур может поддерживать испарение, несмотря на высокую концентрацию соли.

«Таким образом, эта часть потепления водных ресурсов обусловлена отводом воды и добавляется к потеплению водных ресурсов, вызванному антропогенным потеплением воздуха», — говорит Гильерм.

Тепло также перемещается вниз. Летом более теплая и соленая вода находится над более прохладной и слегка пресной водой. Поскольку тепло распространяется быстрее, чем соль, опускающиеся потоки могут переносить тепло и соль в более глубокие слои посредством процесса, называемого образованием солевых отложений.

Перемешивание воздуха зимой предоставляет еще один путь для распространения атмосферного потепления на самые низкие уровни.

Затем исследователи изучили будущее в двух сценариях потепления, предполагая, что все притоки прекратятся, промышленная добыча воды прекратится, а озеро продолжит перемешиваться раз в год.

Согласно прогнозам исследования, в этих условиях к 2100 году уровень воды снизится примерно на 85 метров, а температура воды повысится на 5–8 °C в зависимости от выбросов парниковых газов.

Исключение притока грунтовых вод, как правило, приводит к переоценке снижения уровня воды и потепления; исключение промышленной добычи, как правило, приводит к недооценке потерь воды. Гильерм считает, что эти эффекты уравновешиваются, отмечая отсутствие изменений в моделируемом снижении уровня воды. Приток грунтовых вод остается неопределенным.

В ходе моделирования прогнозируется будущее потепление воздуха при сохранении уровня влажности, ветра и солнечного света на уровне, соответствующем историческим сезонным закономерностям.

В более длительных симуляциях увеличение концентрации рассола поддерживало потепление даже после прекращения искусственного потепления воздуха. По словам Гильерма, восстановление исторического притока пресной воды остановит снижение уровня озера.

«Потепление, вызванное повышением солености, прекратится», — объясняет он.

Он утверждает, что разреженный поверхностный слой изолировал бы более глубокие воды от атмосферного потепления, которое продолжалось бы и на поверхности. Затем команда задалась вопросом, что произойдет в гораздо большем бассейне: в восточной части Средиземного моря, полностью оторванной от океана.

Эксперимент предполагал полную изоляцию; вопрос о том, имела ли место такая изоляция в период древней потери воды в Средиземноморье, остается предметом дискуссий.

«Наша работа не предлагает решения», — говорит Гильерм.

Моделирование началось с поверхности, расположенной на 400 метров ниже уровня моря, где концентрация рассола уже была достаточной для кристаллизации каменной соли. За примерно 8000 лет смоделированная температура воды повысилась примерно на 20 °C, в то время как уровень воды упал на 2,5 километра.

Спуск на более низкие высоты привел к тому, что поверхность оказалась подвержена воздействию более теплого воздуха. Концентрация соли и изменения в слоях воды также внесли свой вклад. В ходе моделирования, несмотря на предполагаемую относительную влажность в 65 процентов, образовались высокорастворимые калийсодержащие соли.

Эти минералы и необычно теплые древние рассолы часто интерпретируются как свидетельство исключительно жарких или засушливых условий. Модель предполагает, что изоляция и усадка могут привести к их образованию и в менее экстремальных региональных климатических условиях.

Крошечные солевые карманы, запертые в кристаллах соли, сохраняют информацию о прошлых температурах воды. Прохождение через последовательные слои может свидетельствовать о постепенном уменьшении размеров моря.

Исследователи предлагают использовать эти изменения температуры для изучения того, насколько опустились уровни древних морей по мере их истощения.