Хотя ледниковые периоды приводятся в движение медленными колебаниями Земли при ее движении вокруг Солнца, исследователи соглашаются, что одного лишь уменьшения солнечной энергии было недостаточно, чтобы вызвать это ледниковое состояние. Палеоклиматологи пытались объяснить реальный механизм этих изменений на протяжении 200 лет.«У нас есть все эти разрозненные сведения об изменениях в океане, атмосфере и ледяном покрове, — говорит Раффаэле Феррари, профессор физической океанографии Брина М. Керра в Департаменте наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института, — и что мы действительно хочу увидеть, как они все сочетаются друг с другом ".Исследователи всегда подозревали, что ответ должен лежать где-то в океанах.
Океаны, являющиеся мощными регуляторами климата Земли, накапливают огромное количество органического углерода в течение тысяч лет, не позволяя ему улетучиваться в атмосферу в виде CO2. Морская вода также поглощает CO2 из атмосферы через фотосинтезирующие микробы на поверхности и через модели циркуляции.В новом приложении физики океана Феррари вместе с Мальте Янсеном, доктором философии ’12 из Принстонского университета и другими сотрудниками Калифорнийского технологического института, нашли новый подход к решению головоломки, который они подробно описывают в Трудах Национальной академии наук США на этой неделе. Наук.
Легкое океанаИсследователи сосредоточили свое внимание на Южном океане, который окружает Антарктиду — критической части углеродного цикла, поскольку он обеспечивает связь между атмосферой и глубокой океанской бездной. Южный океан, сотрясаемый ветрами, кружащимися вокруг Антарктиды, является одним из немногих мест, где самые глубокие богатые углеродом воды когда-либо поднимаются на поверхность, чтобы «вдыхать» и выдыхать CO2.
В современном Южном океане есть много места, чтобы дышать: более глубокие, богатые углеродом воды постоянно смешиваются с водами выше, и этот процесс усиливается турбулентностью, когда вода течет по неровным глубоководным хребтам.Но во время LGM постоянный морской лед покрыл гораздо большую часть поверхности Южного океана. Феррари и его коллеги решили изучить, как этот протяженный морской лед повлиял бы на способность Южного океана обмениваться CO2 с атмосферой.
Шок для системыЭтот вопрос требовал использования накопленных в этой области знаний физики океана.
Используя математическое уравнение, описывающее ветровую циркуляцию океана вокруг Антарктиды, исследователи вычислили количество воды, захваченной морским льдом течениями в LGM. Они обнаружили, что потрясение всей Земли от этого добавленного ледяного покрова было огромным: лед покрыл единственное место, где глубокий океан когда-либо мог дышать. Поскольку морские льды покрывали эти глубокие воды, углекислый газ Южного океана никогда не выбрасывался в атмосферу.Затем исследователи увидели связь между изменением морского льда и массивной перестройкой океанических вод, которая очевидна в палеоклиматических записях.
Под расширенным морским льдом большее количество поднявшейся глубокой воды опустилось обратно вниз. Абиссальная вода Южного океана в конечном итоге заполнила больший объем всего среднего уровня и нижней части океана, подняв границу между верхними и нижними водами на меньшую глубину, так что глубокие, богатые углеродом воды потеряли контакт с верхними слоями океана. Меньше дыша, океан может накапливать гораздо больше углерода.
Исследователи говорят, что Южный океан, задушенный морским льдом, помогает объяснить большое падение атмосферного CO2 во время LGM.Зависимые отношенияИсследование предполагает динамическую связь между расширением морского льда и увеличением количества воды в океане, изолированной от атмосферы, что поле долгое время рассматривало как независимые события.
Это понимание приобретает особую актуальность в свете того факта, что палеоклиматологам необходимо объяснить не только очень низкие уровни атмосферного СО2 во время последнего ледникового периода, но и тот факт, что это происходило в течение каждого из четырех последних ледниковых периодов, поскольку палеоклимат запись показывает.Феррари говорит, что никогда не было смысла утверждать, что независимые изменения снижают выбросы CO2 на одно и то же количество в любой ледниковый период. «Для меня это означает, что все события, которые произошли одновременно, должны быть невероятно тесно связаны, без особой свободы выходить за пределы узкой границы», — говорит он. «Если между событиями в начале ледникового периода существует причинно-следственная связь, то они могут произойти в том же соотношении».