Утечка Агульяс, показанная белыми точками, огибающими Южную Африку, входит в Атлантический океан. Фото: Центр наблюдения полетов имени Годдарда НАСА.
В течение длительного времени в науке господствовало убеждение, что тёплые солёные воды Индийского океана, огибающие южную оконечность Африки и устремляющиеся в Атлантику, служат одним из опорных элементов Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) — системы, которую нередко называют глобальным океанским конвейером. Этот поток, известный как утечка Агульяс, рассматривался как фактор, напрямую влияющий на интенсивность перемешивания океанских вод. Однако коллектив исследователей, представляющих научные институты Нидерландов, США, Китая и Великобритании, пришёл к выводу, что реальная картина значительно менее однозначна. Проведённый анализ показал: флуктуации утечки Агульяс отнюдь не всегда провоцируют ожидаемые изменения в глубоководных океанических пластах.
Тестирование объяснений AMOC
Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция функционирует по принципу теплового насоса: она доставляет тёплую воду у поверхности на север, а на больших глубинах возвращает холодную плотную воду обратно на юг. От того, насколько эффективно работает этот механизм, напрямую зависит климат Северной Атлантики и обширных территорий Европы. Ранее считалось, что устойчивость всей системы во многом обеспечивается утечкой Агульяс, которая переносит солёную воду Индийского океана в Атлантику. Сила этого переноса, в свою очередь, определяется положением субтропического фронта. Согласно традиционной модели, дополнительная соль, поступающая вместе с этими водами, стимулирует формирование глубинных вод Северной Атлантики, а значит, и усиливает опрокидывание.
«По сути, это была первая концепция учебника, которую я усвоил, когда был студентом бакалавриата. Было бы убедительно привести геологические доказательства того, что это не всегда так. АМОК может остаться значительным, даже когда Утечка Агульяс ослабнет», — прокомментировал ведущий автор работы доктор Сунинг Хоу из Утрехтского университета.
Для проверки этой гипотезы учёные обратились к геологическим летописям позднего плиоцена (3,6–2,6 миллиона лет назад). Этот временной отрезок был переходным: он включал ледниковое событие, после которого установился тёплый период, когда глобальные температуры превышали современные. Подобные условия дают возможность проследить, как циркуляция океанов вблизи Южной Африки и в Атлантике менялась в ответ на значительные климатические сдвиги.
В качестве источника данных команда использовала керн морских отложений, извлечённый на участке U1475 Международной программы открытия океана на плато Агульяс, расположенном примерно в 500 километрах к югу от Южной Африки. В осадочных слоях исследователи изучили окаменелые остатки диноцистов — микропланктона, а также органические липидные биомаркеры. Эти показатели помогают восстановить температуру океанических вод и отследить перемещения субтропического фронта Южного океана. Как объяснил Хоу, если в составе диноцист появляется больше тёплолюбивых видов и меньше холодноводных, это указывает на сдвиг фронта к югу, что обычно открывает более широкий коридор для вод Индийского океана, проникающих в Атлантику. Опираясь на эти индикаторы, группа провела детальную реконструкцию изменений утечки Агульяс на протяжении всего позднего плиоцена.
Чтобы понять, как на эти процессы реагировала Атлантика, исследователи привлекли температурные данные с участка 625 программы океанского бурения, расположенного в северной части Мексиканского залива, а также ранее опубликованные материалы из экваториальной Атлантики, Северной Атлантики и Карибского моря. Сопоставив геологические записи с климатическими моделями, охватывающими ледниковое событие и следующее за ним потепление, авторам удалось связать миграции субтропического фронта с изменениями температурного профиля Атлантики и интенсивностью опрокидывающей циркуляции.
В конечном итоге выяснилось, что утечка Агульяс и AMOC не находятся в жёсткой причинно-следственной связи. Ослабление потока из Индийского океана не обязательно влечёт за собой сокращение глубинного перемешивания, и наоборот. Более того, полученные данные свидетельствуют: AMOC способна сохранять свою мощность даже тогда, когда утечка Агульяс значительно слабеет, что заставляет пересмотреть устоявшиеся представления о механизмах, управляющих этим важным элементом климатической системы.
шилась, а опрокидывающиеся усилители
Реконструкция воды на юге из Африки показала, что субтропический фронт начал движение на север около 3,4 миллионов лет назад и продолжал это делать во время ледникового периода.
При температуре в регионах Агульяс упал примерно на 3 градуса Цельсия. На Зоне U1475 также были восстановлены приполярные условия. Эти изменения указывают на то, что Утечка Агульяса резко ослабла и, возможно, приблизилась к остановке.
Согласно общепринятым соображениям, необходимо ослабить AMOC. Вместо этого и геологическое, и компьютерное моделирование выявили противоположную картину в важных частях данных системы циркуляции.
В ледниковый период Северо-Атлантическое течение не распространилось так далеко в высокие северные широты. Несмотря на это, количество глубоководных вод Северной Атлантики было более значительным, чем и прокидывание в более широких широтах. Эта усиленная циркуляция привела к тому, что термоклин, граница между более холодными поверхностными водами и более холодными глубинными водами, стала мельче по всей Атлантике.
Соавтор Каролина ван дер Вейст, бывшая аспирантка Утрехтского университета, впервые обнаружила этот необычный сигнал несколько лет назад в одной записи отложений. Это открытие предполагает, что произошло что-то неожиданное, но пока неясно, отражает ли эта закономерность локальное изменение или нечто гораздо большее.
«Когда та же самая закономерность была обнаружена на плато Агульяс, мы поняли, что наблюдается реорганизация океанского термоклина в масштабах всего бассейна, а не локальная аномалия. Затем мы подтвердили это с помощью анализа климата», — сказал он. — говорит профессор Франсьен Петерс из Утрехтского университета. «Вся история внезапно обрела смысл».
Переосмысление того, что руководство атлантической циркуляции
Результаты бросают вызов идее о том, что Утечка Агульяса напрямую контролирует AMOC, до включения соль в Атлантику. Вместо этого они показывают, что исключение между компонентами глобальной системы циркуляции океана может меняться в зависимости от климата и физических границ океана.
Поэтому при последующих оценках поведения AMOC, возможно, потребуется учитывать не только поставку соленой воды с юга. Тем не менее, то и более важными факторами в определенных условиях могут быть локальные процессы, контролирующие глубоководные берега Северной Атлантики.
Исследователи подчеркивают, что их выводы основаны на географии и климате позднего плиоцена. Полученные результаты не следует рассматривать как прямой прогноз того, как AMOC отреагирует на нынешнее или будущее глобальное потепление.
Будущее движение субтропического фронта на юге может увеличить количество соленой воды, попадающей в Атлантический океан. Однако в современном АМОК также учитываются соленые и пресноводные воды, поступающие из Арктики, и эти условия соответствуют географии позднего плиоцена.
Более общий урок заключается в том, что основные силы, управляющие переворотом Атлантики, не могут продолжать удерживаться на протяжении всей истории Земли. Различные климатические условия могут изменить механизмы, оказывающие наибольшее влияние на циркуляцию.
Это исследование было частью более крупного исследовательского проекта под названием "OceaNice" финансируется низким исследовательским советом.