Ученые, изучающие Антарктиду, обнаружили неожиданный поворот в том, как Южный океан поглощает углекислый газ.
Ученые, изучающие древние океанские отложения, обнаружили неожиданную связь между таянием льдов в Западной Антарктиде и способностью Южного океана поглощать углекислый газ из воздуха. Фото: Shutterstock
Новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, показывает, что изменения в ледяном покрове Западной Антарктики (WAIS) непосредственно следовали за изменениями в росте морских водорослей в Южном океане во время прошлых ледниковых циклов. Однако эта взаимосвязь проявилась неожиданным образом, который ставит под сомнение давние предположения.
В центре находки — отложения, богатые железом, которые были занесены в океан айсбергами, отколовшимися от Западной Антарктиды.
Железо обычно выступает в качестве питательного вещества, поддерживающего рост водорослей. Однако, когда ученые исследовали керн осадочных пород, собранный в 2001 году в тихоокеанском секторе Южного океана и поднятый с глубины более трех миль от поверхности моря, они обнаружили, что более высокий уровень железа не приводит к ускорению роста водорослей.
«Обычно увеличение запасов железа в Южном океане стимулирует рост водорослей, что увеличивает поглощение океаном углекислого газа», — говорит ведущий автор Торбен Струве из Ольденбургского университета. В 2020 году Струве работал приглашенным научным сотрудником в Земной обсерватории Ламонт-Доэрти, которая является частью Колумбийской климатической школы.
Почему увеличение количества железа не способствует росту водорослей
Исследовательская группа связала этот неожиданный результат с химическими свойствами отложений, принесенных айсбергами. Проведенный ими анализ показывает, что большая часть железа подверглась сильному «выветриванию», то есть со временем оно претерпело значительные химические изменения. В более ранние теплые периоды, когда от Западной Антарктиды откалывалось больше льда и дрейфовало на север, железо, попадавшее в океан, часто находилось в этой плохо растворимой форме.
Поскольку водоросли не могут легко использовать этот тип железа, увеличение поставок не привело к более активному биологическому росту.
Основываясь на этих результатах, исследователи пришли к выводу, что продолжающаяся потеря ледяного покрова Западной Антарктики может снизить способность Южного океана поглощать углекислый газ по мере потепления климата.
Как железо обычно способствует поглощению углерода
В водах, окружающих Антарктиду, содержание железа часто ограничивает рост водорослей. Предыдущие исследования показали, что во время ледниковых периодов сильные ветры переносили богатую железом пыль с континентов в океан. В регионах к северу от полярного фронта Антарктики — границы, где холодные антарктические воды встречаются с более теплыми водами на севере, — эта пыль способствовала росту водорослей.
По мере роста популяций водорослей Южный океан поглощал из атмосферы больше углекислого газа. Это повышенное поглощение углерода способствовало усилению глобального похолодания в начале ледниковых периодов.
Вместо этого новое исследование сосредоточено на водах к югу от полярного фронта Антарктики. Данные, полученные из керна отложений, показывают, что поступление железа было самым высоким в периоды потепления, а не в ледниковые периоды. Размер и состав частиц также показали, что основным источником железа была не пыль, а айсберги, отколовшиеся от Западной Антарктиды.
«Это напоминает нам о том, что способность океана поглощать углерод не является постоянной», — говорит соавтор исследования Гизела Винклер, профессор Колумбийской климатической школы и геохимик Земной обсерватории Ламонт-Доэрти.
Признаки значительного таяния льда в прошлом
Полученные данные также дают представление о том, насколько быстро Западно-Антарктический ледяной покров реагирует на повышение температуры. Струве отмечает, что несколько недавних исследований показывают, что крупномасштабное отступление произошло в этом регионе во время последнего межледникового периода около 130 000 лет назад, когда глобальные температуры были примерно такими же, как сегодня.
«Наши результаты также свидетельствуют о том, что в то время в Западной Антарктиде было утрачено много льда», — говорит Струве.
Когда ледяной покров, толщина которого в некоторых районах достигала нескольких миль, раскололся, образовалось большое количество айсбергов. Эти айсберги соскребали отложения с коренных пород подо льдом и выбрасывали их в океан, когда дрейфовали на север и таяли. Данные об отложениях указывают на особенно высокую активность айсбергов ближе к концу ледниковых периодов и во время пиковых межледниковых условий.
Почему важна форма железа
«Здесь важно не только то, сколько железа попадает в океан, но и то, какую химическую форму оно принимает», — говорит Винклер. «Эти результаты показывают, что железо, доставляемое айсбергами, может быть гораздо менее биодоступным, чем предполагалось ранее, что коренным образом меняет наши представления о поглощении углерода в Южном океане».
Исследователи предполагают, что под ледяным щитом Западной Антарктики находится слой очень старой, сильно выветрившейся породы. Каждый раз, когда ледяной покров отступал в более ранние межледниковые периоды, повышенная активность айсбергов приводила к тому, что большое количество этих выветрившихся минералов попадало в близлежащую южную часть Тихого океана. Несмотря на увеличение поступления железа, рост водорослей оставался ограниченным.
«Мы были очень удивлены этим открытием, потому что в этом районе Южного океана общее количество поступающего железа не было определяющим фактором для роста водорослей», — говорит Струве.
Что это означает для будущего изменения климата
Поскольку глобальное потепление продолжается, дальнейшее истончение ледяного покрова Западной Антарктики может привести к воссозданию условий, аналогичных тем, которые наблюдались в последний межледниковый период.
«Исходя из того, что нам известно на данный момент, ледниковый покров вряд ли разрушится в ближайшем будущем, но мы видим, что лед там уже истончается», — говорит Струве.
Если отступление продолжится, ледники и айсберги могут быстрее разрушать выветренные слои горных пород. Этот процесс может снизить поглощение углерода в Тихоокеанском секторе Южного океана по сравнению с сегодняшним днем, создавая обратную связь, которая может еще больше усилить изменение климата.