«Люди давно предполагают эту связь между опрокидыванием циркуляции и этими резкими климатическими явлениями. Это свидетельство причастности океана», — сказал Л. Джин Генри, ведущий автор исследования и аспирант обсерватории Земли Ламонт-Доэрти Колумбийского университета.
Влияние изменений в океане, опрокидывающих циркуляцию, на климат стало сегодня горячей темой, поскольку глобальные температуры повышаются, а таяние морского льда и ледников добавляет пресной воды в Северную Атлантику. Исследование 2015 года показало, что похолодание в Северной Атлантике может быть связано с уменьшением опрокидывающейся циркуляции, в то время как исследование 2016 года показало, что пресной воды было недостаточно, чтобы оказать влияние.Новое исследование исследует, что произошло с циркуляцией океана, когда Земля пережила серию резких климатических изменений в прошлом, когда часть Северной Америки была покрыта льдом, а температуры были намного ниже, чем сегодня.
Он рассматривает атлантическую меридиональную опрокидывающую циркуляцию, которая распределяет тепло по мере того, как перемещает более теплые поверхностные воды из тропиков в Гренландию и высокие северные широты и переносит более холодные и глубокие воды из Северной Атлантики на юг.Используя химические индикаторы в отложениях, которые со временем накапливаются на морском дне, Генри и его соавторы смогли задокументировать относительную скорость меридиональной опрокидывающейся атлантической циркуляции во время каждого резкого изменения климата во время последнего ледникового периода.Химические индикаторы показывают, что сначала изменилась скорость опрокидывающей циркуляции океана, а через некоторое время изменилась температура поверхности моря.
Это говорит о том, что похолодание может начаться с изменений в циркуляции океана, влияющих на северную морскую поверхность и атмосферу, сказал соавтор Джерри Макманус, профессор обсерватории Земли Ламонт-Доэрти. Данные по ледяным кернам и глубоководным осадкам показали, что северный климат также охладился раньше южного климата во время этих резких изменений, создавая «биполярные качели»: север холодный, в то время как юг был теплым, а южный — холодным, как северный. согревается.Ученые подчеркивают, что необходима дополнительная работа, чтобы определить, были ли изменения в циркуляции океана причиной резких изменений климата или были промежуточным эффектом, первоначально вызванным чем-то другим. «Наше исследование поддерживает мнение о том, что изменения в циркуляции океана, по крайней мере, частично были причиной резких изменений климата.
Однако, что, в свою очередь, вызвало эти изменения в циркуляции, остается загадкой», — сказал Генри.Также неясно, почему эти резкие климатические сдвиги, также наблюдавшиеся в предыдущие ледниковые периоды, не происходили за последние 10 000 лет. Похоже, что нестабильность возникает только в определенных температурных диапазонах и при наличии большого количества наземного льда, который может поставлять пресную воду.«Мы все хотели бы лучше понять, как работает климат Земли», — сказал Макманус. «Это демонстрирует решающую роль, которую может играть глобальная циркуляция.
Динамика океанских глубин напрямую влияет на климат Земли».Изученная здесь серия резких климатических изменений произошла между 60 000 и 25 000 лет назад и закончилась на пике последнего ледникового периода.
Каждый из них следовал общей схеме в Северном полушарии: похолодание происходило от сотен до 1000 лет, затем низкие температуры сохранялись в течение нескольких сотен лет в так называемом стадиале, сказал Макманус. Как только началось потепление, оно произошло очень быстро, с повышением средней температуры поверхности моря на 3–6 градусов Цельсия и более значительными изменениями над Гренландией в течение нескольких десятилетий.
Исследование показывает, что во время каждого холодного северного стадиона опрокидывающаяся циркуляция замедлялась, поэтому она не приносила столько тепла на север из тропиков и южного полушария. Химические индикаторы также предполагают, что циркуляция замедлилась почти до полной остановки во время определенных стадий, известных как события Генриха, когда огромное количество айсбергов откололось и отошло от ледяного покрова Лаурентида, который в то время покрывал большую часть Северной Америки. Айсберги несут пресную воду, которая может повлиять на циркуляцию океана, и компьютерные модели предполагают, что добавление такого количества пресной воды в Атлантику может остановить циркуляцию.
То, какое именно влияние оказывали айсберги в эти периоды, станет целью будущих исследований.Чтобы определить, как изменилась циркуляция океана, ученые измерили три типа химических индикаторов. Сравнивая соотношение протактиния-231 и тория-230, двух дочерних изотопов распада урана, которые остаются в морской воде в течение относительно коротких, но неизменно разных периодов времени, прежде чем уйти на морское дно, они смогли определить, когда циркуляция была наиболее сильной. Другой изотоп, углерод-13, улавливаемый крошечными раковинами, чаще встречается в водах Северной Атлантики, чем в южных водах.
Когда циркуляция была сильной, протактиний был низким, а углерод 13 был высоким, потому что больше протактиния уносилось течением и образовывалось больше северных вод.Аксель Тиммерманн, профессор океанографии Гавайского университета, изучающий резкие изменения климата и не участвовавший в этом исследовании, назвал его «прорывным анализом».
«Большие изменения в меридиональной опрокидывающейся циркуляции в Северной Атлантике, как полагают, сыграли важную роль в генерации глобальной изменчивости в тысячелетнем масштабе, известной как события Дансгаарда-Охгера, во время последнего ледникового периода. В статье Генри, Макмануса и его коллег, наконец, содержится подтверждающая информация. доказательства этой фундаментальной научной гипотезы ", — сказал Тиммерманн.
Другими соавторами статьи являются Билл Карри из Океанографического института Вудс-Холла и Бермудского института наук об океане; Натали Робертс и Алекс Пиотровски из Кембриджского университета; и Ллойд Кейгвин из Woods Hole. Исследование финансировалось Национальным научным фондом, Фондом науки и образования Комер и Климатическим центром обсерватории Земли Ламонта-Доэрти.