Южный океан, который долгое время считался важнейшим поглотителем углерода, претерпевает незначительные, но значительные изменения.
Таяние льдов и выпадение осадков освежили поверхность Южного океана, что помогло ему удерживать углерод дольше, чем ожидалось. Но по мере усиления западных ветров этот защитный слой может разрушиться, высвобождая накопленный CO2 и ускоряя изменение климата. Фото: Shutterstock
Климатические модели давно предсказывают, что глобальное потепление ослабит способность Южного океана поглощать углекислый газ (CO2). Тем не менее, многолетние измерения не показывают никаких признаков этого снижения. Ученые из Института Альфреда Вегенера (AWI) теперь обнаружили вероятную причину удивительной стабильности. Их результаты свидетельствуют о том, что пресная вода с низкой соленостью вблизи поверхности помогает удерживать углерод в глубинах океана, замедляя его возвращение в атмосферу. Но изменение климата неуклонно изменяет эти хрупкие слои океана и вскоре может нарушить эту естественную систему хранения углерода. Исследование опубликовано в журнале Nature Climate Change.
Почему Южный океан имеет такое большое значение
На долю мирового океана приходится примерно четверть всех выбросов CO2, производимых человеком. Только на Южный океан приходится около 40 процентов от этого общего объема, что делает его одним из самых мощных природных источников защиты планеты от глобального потепления. Этот огромный поглотитель углерода функционирует благодаря сложной системе циркуляции: глубоководные воды поднимаются к поверхности, обмениваются газами с атмосферой, а затем снова опускаются, унося поглощенный CO2 обратно в глубины.
Баланс зависит от того, сколько природного CO2 из древних глубоководных вод выходит на поверхность. Когда более богатая углеродом вода из глубин достигает поверхности, это ограничивает количество нового, созданного человеком CO2, которое может поглощать океан. Это взаимодействие определяется наслоением различных водных масс и силой океанских течений.
Древние воды и усиливающиеся ветры
Глубокие воды, которые всплывают на поверхность в Южном океане, были изолированы в течение столетий или даже тысячелетий, накапливая большое количество CO2. Климатические модели предсказывают, что более сильные западные ветры, вызванные антропогенным изменением климата, поднимут на поверхность больше этой богатой углеродом воды, снижая способность океана поглощать CO2 в долгосрочной перспективе.
Однако, несмотря на усиление ветров, данные, собранные за последние десятилетия, показывают, что Южный океан остается мощным поглотителем углерода. Новое исследование AWI помогает объяснить, почему: структура океанов изменилась таким образом, что большая часть глубинного углерода остается запертой.
Невидимый барьер, удерживающий углерод под водой
«Глубина воды в Южном океане обычно составляет менее 200 метров», — говорит доктор Леа Оливье, океанограф AWI и ведущий автор исследования. «Она соленая, богата питательными веществами и относительно теплая по сравнению с водой, находящейся ближе к поверхности».
Эта глубоководная вода содержит большие запасы растворенного CO2, который давно попал в океан. Напротив, вода у поверхности более холодная, менее соленая и содержит меньше CO2.
До тех пор, пока плотность слоев остается высокой, богатые CO2 глубинные воды остаются изолированными. Но если граница между слоями ослабнет, захваченному углероду будет легче достичь поверхности и улетучиться в атмосферу.
Усиление ветра увеличивает риски
«Предыдущие исследования показали, что глобальное изменение климата приведет к усилению западных ветров над Южным океаном, а вместе с ними и к изменению циркуляции», — говорит Леа Оливье. — Однако это привело бы к переносу большего количества богатой углеродом воды из глубин океана на поверхность, что, следовательно, снизило бы способность Южного океана накапливать CO2″.
Несмотря на то, что такое усиление ветра наблюдалось и было связано с деятельностью человека, измерения по-прежнему не показывают существенного снижения поглощения углерода океаном — по крайней мере, пока.
Поступление пресной воды укрепляет слои океана
Долгосрочный мониторинг, проводимый AWI и другими исследовательскими институтами, показывает, что изменение климата уже изменяет характеристики как поверхностных, так и глубоководных вод. «В нашем исследовании мы использовали набор данных, содержащий биогеохимические данные большого числа морских экспедиций в Южном океане в период с 1972 по 2021 год. Мы искали долгосрочные аномалии, а также изменения как в характере циркуляции, так и в свойствах водных масс. При этом мы рассматривали только процессы, связанные с обменом между двумя водными массами, а именно циркуляцию и перемешивание, а не биологические процессы, например», — объясняет Леа Оливье. «Мы смогли определить, что с 1990-х годов две водные массы стали более отличными друг от друга». Соленость поверхностных вод Южного океана снизилась в результате увеличения притока пресной воды, вызванного выпадением осадков и таянием ледников и морского льда. Это «освежение» усиливает расслоение по плотности между двумя водными массами, что, в свою очередь, удерживает богатую CO2 глубоководную воду в нижнем слое и предотвращает ее прорыв через барьер между двумя слоями.
Временная защита от изменения климата
«Наше исследование показывает, что более свежая поверхностная вода временно компенсировала ослабление поглощения углерода в Южном океане, как и предсказывали результаты моделирования. Однако эта ситуация может измениться, если стратификация ослабнет», — резюмирует Леа Оливье. Усиливающиеся западные ветры уже подталкивают глубоководье ближе к поверхности. С 1990-х годов верхняя граница глубоководного слоя поднялась примерно на 40 метров.
Поскольку вода, богатая CO2, заполняет большую часть поверхностного слоя, граница между ними становится более уязвимой для перемешивания, вероятно, вызванного теми же ветрами. Как только перемешивание усилится, накопленный CO2 может начать просачиваться вверх и попадать в атмосферу.
Предупреждающие знаки под волнами
Недавние исследования показывают, что этот процесс, возможно, уже начался. Если больше углерода из глубин океана достигнет поверхности, роль Южного океана как глобального поглотителя углерода может ослабнуть, что ускорит изменение климата.
«Больше всего меня удивило то, что мы действительно нашли ответ на наш вопрос под поверхностью. «Нам нужно смотреть не только на поверхность океана, иначе мы рискуем упустить ключевую часть истории», — говорит Леа Оливье.
«Чтобы подтвердить, было ли за последние годы выброшено больше CO2 из глубин океана, нам нужны дополнительные данные, особенно за зимние месяцы, когда водные массы, как правило, перемешиваются», — объясняет профессор. Александр Хауманн, соавтор исследования. — В ближайшие годы AWI планирует тщательно изучить именно эти процессы в рамках международной программы InSync в Антарктике и лучше понять последствия изменения климата для Южного океана и возможные взаимодействия».