Новые исследования вызывают опасения, что циркуляция океана рухнет

На фото: Морской лед в Кристал-Саунд, Антарктида.

Ученые давно опасались, что потепление может привести к нарушению циркуляции океана в Северной Атлантике. Но новые исследования показывают, что реальный риск лежит в водах Антарктиды, где таяние может нарушить течения в ближайшие несколько десятилетий, что окажет глубокое воздействие на глобальный климат.

Проведенные недавно исследования приветствуются, как внесшие кардинальные изменения в научном понимании глобальной системы циркуляции океана и того, как она будет реагировать на потепление мира. Сценарий конца света, связанный с коллапсом циркуляции океана, который ранее изображался как в рецензируемых исследованиях, так и в фильме о климатической катастрофе «Послезавтра», в прошлом месяце стал намного ближе. Но вместо того, чтобы разыгрываться в далекой Северной Атлантике, как предполагалось ранее, теперь гораздо более вероятным это кажется на противоположном конце планеты.

Новый анализ, проведенный австралийскими и американскими исследователями с использованием нового и более подробного моделирования океанов, предсказывает, что давно предсказанное прекращение циркуляции, вероятно, произойдет в Южном океане, поскольку миллиарды тонн льда тают на суше Антарктиды. И произойти это может не более чем через столетие, как предсказывают модели для Северной Атлантики, а в течение следующих трех десятилетий.

Ведущие исследователи океана и климата, не участвовавшие в исследовании, с которыми связались для комментариев, высоко оценили результаты. «Это действительно важная статья», — говорит Стефан Рамсторф, океанограф и руководитель отдела анализа земной системы в Потсдамском институте исследований воздействия климата в Германии. «Я думаю, что метод и модель убедительны».

Два исследования открывают совершенно новый взгляд на вероятное влияние планетарного нагрева на циркуляцию океана.

«Это самое оригинальное исследование, которое я когда-либо видел», — говорит британский полярный исследователь Эндрю Шепард из Нортумбрийского университета в Ньюкасле. «Меня искренне удивила эта работа, но они меня убедили. Это пересмотр повестки дня. Все внимание было приковано к Северной Атлантике; но я ожидаю, что теперь оно переключится на Южный океан».

Между тем давняя озабоченность по поводу остановки циркуляции океана в Северной Атлантике где-то в 21 веке, похоже, ослабевает. Швейцарское исследование, опубликованное в этом месяце, показало, что вопреки прежним убеждениям, циркуляция не нарушалась в конце последнего ледникового периода. Исследователи говорят, что она была более стабильной, чем предполагалось ранее, и с меньшей вероятностью рухнет.

Взятые вместе, эти два исследования открывают совершенно новую перспективу вероятного воздействия планетарного нагрева на циркуляцию океана, которая является одной из великих стабилизирующих сил климатической системы планеты.

Система циркуляции океана, которую часто называют глобальным конвейером, проходит по регулярному пути через океаны Земли и перемешивает их воды сверху донизу. Начинается она с того, что вода низвергается с поверхности и исчезает в глубинах, откуда путешествует по миру и веками не всплывает. Улавливая тепло и углекислый газ из атмосферы и закапывая их глубоко в океан, циркуляция воды в настоящее время замедляет глобальное потепление.

Конвейер приводится в движение спуском холодной соленой воды на дно океана всего в двух местах: в далекой Северной Атлантике возле Гренландии и в Южном океане вокруг Антарктиды. В обоих регионах механизм одинаков. В холодных полярных условиях большие объемы воды замерзают. Соль в воде не входит в состав льда. Она остается в остающейся жидкой воде, которая становится все более соленой. Чем соленее становится вода, тем она плотнее. Таким образом, остаток, который тяжелее окружающей воды в конечном итоге опускается на дно океана.

Около 250 триллионов тонн соленой воды опускается таким образом вокруг Антарктиды каждый год, впоследствии распространяясь на север по дну в Индийский, Атлантический и Тихий океаны. Подобные объемы распространились на юг от Гренландии. Этот процесс известен как глубоководное формирование или опрокидывание океана, и он практически не изменился на протяжении тысячелетий.

Но как долго это продлится? По мере того, как мир нагревается, в океанах на концах Земли с каждым годом образуется все меньше льда. В то же время все больше льда на близлежащих больших ледяных щитах Антарктиды и Гренландии тает и высвобождает пресную воду в океан.

В результате поверхностные воды в Южном океане и вокруг Гренландии уже становятся менее солеными, менее плотными и, следовательно, менее способными тонуть. С 1990-х годов измерения, проведенные с кораблей, показали , что вода на дне океана на глубине ниже 13 000 футов нагрелась и освежилась, причем эта тенденция наиболее выражена в Южном океане.

Глубоководная циркуляция воды в Южном океане «похоже, движется к коллапсу в этом столетии», — говорит ученый-климатолог.

В течение многих лет ученые-климатологи предупреждали, что опреснение Северной Атлантики однажды может отключить глобальную систему циркуляции. Такая остановка будет иметь широкомасштабные последствия, в том числе лишит Европу согревающего влияния Гольфстрима в Атлантике, который является частью глобальной циркуляции, и погрузит запад континента в глубокий мороз, в то время как остальной мир будет нагреваться. Большинство исследований приходят к выводу, что этот экстремальный сценарий является вероятным результатом продолжающегося глобального потепления, но маловероятен в этом столетии.

Однако исследований состояния антарктических вод проводилось гораздо меньше. Некоторые океанографы, такие как Алессандро Сильвано из Университета Саутгемптона в Великобритании, предсказали, что таяние льда и опреснение океанских вод уменьшит образование придонных вод Антарктики. В самой последней оценке Межправительственной группы экспертов ООН по изменению климата (МГЭИК) сообщается о «средней степени достоверности» того, что это произойдет в конце этого века. Но в нем говорится, что модели не смогли количественно оценить влияние талой ледниковой воды на то, как быстро и как далеко может зайти эта тенденция. Рамсторф говорит, что эта неудача, возникшая из-за того, что динамика льда была плохо изучена и не интегрирована в модели изменения климата и циркуляции океана, является «давним и серьезным недостатком» моделей, представленных в основных отчетах МГЭИК.

Новаторское исследование моделирования, опубликованное австралийскими и американскими исследователями в конце марта, впервые включает подробную оценку вероятного воздействия таяния льда, раскрывающую важность этой прошлой неудачи. Он предсказывает 42-процентное снижение глубоководного образования в Южном океане к 2050 году. Это более чем в два раза превышает 19-процентный прогноз аналогичного явления в Северной Атлантике.

Новая модель предсказывает, что после 2050 года, все станет еще хуже. Глубоководная циркуляция «похоже, что в этом столетии обрушится», — сказал Yale Environment 360 координатор исследования Мэтью Инглэнд из Университета Нового Южного Уэльса. По текущим прогнозам это может быть через столетия».

«Физика в игре довольно проста, — говорит Ингланд. «Ни один из шагов не является особенно удивительным или сложным. Но до нашего исследования у нас не было модели циркуляции… чтобы делать уверенные прогнозы». Само замедление циркуляции, по его словам, «не удивило меня. Но скорость изменений — 40-процентное замедление менее чем за три десятилетия — определенно стала неожиданностью».

«Впервые я вижу столь убедительный аргумент в пользу влияния таяния антарктических льдов на Южный океан, — говорит Шеперд. «Они убедили меня, что текущие темпы таяния достаточно велики, чтобы повлиять на циркуляцию океана».

Антарктида на сегодняшний день является крупнейшим в мире хранилищем льда. «Мы должны ожидать, что последствия его таяния будут далеко идущими», – говорит Шеперд. С этим согласны авторы статьи. Замедление циркуляции океана «глубоко изменит циркуляцию тепла, пресной воды, кислорода, углерода и питательных веществ в океане, последствия которого будут ощущаться во всем глобальном океане на протяжении столетий», — заключает ведущий автор Цянь Ли, океанограф из Массачусетского института технологии.

Нарушение глубоководной циркуляции может сделать Южное полушарие более сухим, а Северное — более влажным.

Морские экологи особенно обеспокоены влиянием отключения циркуляции на круговорот питательных веществ в океане. В настоящее время питательные вещества падают в океанские глубины по мере того, как мертвые морские существа опускаются на дно океана, но конвейером возвращаются на поверхность.

Однако, если бы не было новой глубоководной воды, погружающейся в глубины океана, не было бы ничего, что возвращало бы питательные вещества на поверхность. Вместо этого глубоководные воды океана будут накапливать питательные вещества и застаиваться, а количество питательных веществ, необходимых для поддержания морской жизни на поверхности, резко сократится, говорит один из соавторов статьи Адель Моррисон из Австралийского национального университета. Морские экосистемы могут разрушиться. Это не произойдет мгновенно. На это могут уйти века, но однажды аварию нельзя будет предотвратить.

Отключение также ускорит глобальное потепление, говорит Рамсторф. «Участки глубоководных образований — это каналы, по которым углекислый газ спускается в океанскую бездну, где он веками надежно изолирован от атмосферы [и] в настоящее время помогает замедлить глобальное потепление. Однако этот механизм будет ослаблен». По оценкам МГЭИК, океаны в целом поглощают четверть наших выбросов CO2, большая часть которых приходится на глубоководные образования.

Нарушение глубоководного образования в Южном океане изменит глобальные климатические модели другими способами, которые в настоящее время трудно предсказать. Это может привести к смещению систем тропических дождей, говорит Ингланд, и, возможно, сделать Южное полушарие в целом более сухим, а Северное полушарие — более влажным.

Антарктическое исследование предполагает, что в Южном океане может наступить момент «Послезавтра». Тем временем у некоторых ученых ослабевает беспокойство по поводу рисков исходного сценария конца света в далекой Северной Атлантике. Швейцарское исследование, опубликованное в начале апреля, проанализировало климатические данные морских отложений, чтобы оценить уязвимость глубоководных образований Северной Атлантики к разрушению. Ведущий автор Фрерк Пёппельмайер из Бернского университета обнаружил, что циркуляция воды «исторически была менее чувствительна к изменению климата, чем предполагалось». В частности, она не нарушилась, как когда-то считалось, 15 000 лет назад, в конце последнего ледникового периода. «Она ослаб гораздо меньше, чем предполагалось», — говорит он.

Пёппельмайер не сказал, что результаты дают нам полную ясность в отношении коллапса атлантической циркуляции. Далеко не известно, насколько актуально его исследование для сегодняшней ситуации. Но он пришел к выводу, что «таяние льдов Гренландии в ближайшем будущем окажет меньше негативного влияния на атлантическую циркуляцию, чем считалось ранее».

По словам исследователя, даже если выбросы не увеличатся так сильно, как прогнозируется, это «не имеет отношения» к ближайшей судьбе океанского конвейера.

Так виновны ли океанографы в раздувании паники? Могут ли те, кто занимается антарктическим исследованием, преувеличивать значение своих выводов?

Ни один из исследователей, с которыми связалась Yale Environment 360, не подверг критике новое моделирование воздействия таяния льда на сам Южный океан. Но некоторые поставили под сомнение использование в модельных прогнозах нереалистичного сценария будущих выбросов углекислого газа. Этот прогноз «как обычно» был принят МГЭИК как сценарий наихудшего случая и широко используется исследователями. Но это предполагает продолжающийся значительный рост глобального сжигания угля. Марк Маслин, специалист по Земле из Университетского колледжа Лондона, говорит, что многие исследователи теперь считают, что это «крайне маловероятно», поскольку низкоуглеродные источники энергии становятся все дешевле, а правительства и корпорации по-прежнему вынуждены добиваться нулевого уровня выбросов к середине века. Одно исследование, опубликованное в этом месяце, предсказало, что выбросы углекислого газа в результате сжигания ископаемого топлива для выработки электроэнергии, возможно, достигнут своего пика в 2022 году и будут снижаться в долгосрочной перспективе по мере того, как возобладают возобновляемые источники энергии.

Но Рамсторф говорит, что такой оптимизм не обоснован. По его словам, даже если будущие выбросы не увеличатся так сильно, как прогнозируется, это «не имеет отношения» к ближайшей судьбе океанского конвейера. Степень глубоководного образования в ближайшие несколько десятилетий уже в значительной степени определяется прошлыми выбросами, и никакие недавние изменения не окажут на нее быстрого влияния. «Какому сценарию мы будем следовать, это начнет иметь большое значение только после 2040-х годов», — говорит он. К тому времени 40-процентное ослабление формирования придонных вод может уже  почти состояться.