Южный океан помог формированию самого теплого климата за последние 65 млн лет

Фото из открытых источников

Анализ ископаемых раковин показывает, что 50 миллионов лет назад океан, окружающий Антарктиду, накапливал меньше углерода на глубине, что способствовало исключительно высоким концентрациям CO₂ в атмосфере.

Около 50 миллионов лет назад Земля переживала самый теплый период со времен вымирания динозавров. Глобальные температуры были более чем на 10 °C выше, чем сегодня, а концентрация CO₂ в атмосфере достигала примерно 1600 частей на миллион (ppm). Но как объяснить такой высокий уровень CO₂ на протяжении миллионов лет?

Международная группа исследователей предлагает новый фрагмент ответа: Южный океан. Анализируя химические сигнатуры, сохранившиеся в микроскопических ископаемых раковинах, исследователи обнаружили, что океан вокруг Антарктиды менее эффективно накапливал углерод в своих глубинах в этот исключительно теплый период. Их результаты, опубликованные в журнале Nature Geoscience, предполагают, что это сокращение запасов углерода в океане способствовало увеличению концентрации CO₂ в атмосфере, тем самым усиливая глобальное потепление.

Исследователи проанализировали изотопы азота, сохранившиеся в ископаемых раковинах фораминифер — крошечных морских организмов — из четырех участков в Южном океане. Эти данные позволяют реконструировать долю питательных веществ, потребляемых фитопланктоном на поверхности океана.

Результаты показывают, что на пике эоценового потепления, примерно 50 миллионов лет назад, фитопланктон использовал на 40% меньше доступных питательных веществ. Это снижение указывает на ослабление «биологического углеродного насоса» — механизма, с помощью которого морские организмы улавливают CO₂ на поверхности и переносят часть этого углерода в океанические глубины.

Для количественной оценки его влияния на атмосферу ученые использовали численную модель, которая связывает океан и атмосферу. Согласно их моделированию, снижение использования питательных веществ привело бы к повышению уровня CO₂ в атмосфере примерно с 700 до 1100 ppm, с учетом обратных связей, связанных с потеплением и химическим составом морской воды. Таким образом, этот механизм может объяснить по меньшей мере половину примерно 800 ppm увеличения, наблюдаемого в этот период.

«Поскольку морская вода эоцена обладала гораздо меньшей способностью, чем сегодня, смягчать колебания CO₂, ослабление биологического углеродного насоса могло оказать гораздо большее влияние на атмосферный CO₂, чем в современных условиях», — объясняет соавтор исследования профессор Франсуа Фрипиа из Лаборатории гляциологии Брюссельского свободного университета (ULB).

«Мы знаем, что изменения в биологическом углеродном насосе Южного океана способствовали колебаниям атмосферного CO₂ в ледниковые периоды, но мы не знали, действовал ли тот же механизм в гораздо более теплом мире. Наше исследование показывает, что Южный океан играл важную роль в регулировании атмосферного CO₂ в раннем эоцене, за миллионы лет до последних ледниковых периодов», — объясняет ведущий автор исследования Симоне Моретти из Института химии им. Макса Планка.

Частично объяснение может заключаться в менее эффективном функционировании «естественного термостата» Земли: химическом выветривании горных пород, которое постепенно удаляет CO₂ из атмосферы. До образования крупных горных хребтов, таких как Альпы и Гималаи, относительно плоские и сильно выветренные континенты содержали меньше свежих горных пород, способных поглощать CO₂, что потенциально замедляло этот процесс.

«При менее эффективном естественном термостате дополнительный CO₂, выделяемый океаном, мог оставаться в атмосфере гораздо дольше. Это позволило бы Южному океану влиять на климат не только на протяжении тысяч лет, как во время ледниковых периодов, но и на протяжении миллионов лет», — объясняет соавтор исследования Матис Хайн.

«Соответствие между теплыми межледниковыми периодами плейстоцена, во время которых Южный океан также выделял CO₂, и эпизодом потепления, длившимся миллионы лет, укрепляет наше понимание того, как Южный океан влияет на биологический насос в разных временных масштабах и при разных климатических условиях. Наблюдение одинаковой реакции в столь разных контекстах предполагает, что это надежный механизм обратной связи: «Потепление выносит богатые углеродом глубинные воды на поверхность Южного океана, высвобождая CO₂ в атмосферу и тем самым усугубляя потепление», — объясняет соавтор исследования Альфредо Мартинес-Гарсия из Института химии им. Макса Планка.

В настоящее время исследователи изучают роль этого механизма обратной связи во время других эпизодов длительного потепления в истории Земли.