Что заставило ученых пристальней наблюдать за океаном

Рене Ван Вестен, климатолог из Утрехтского университета в Нидерландах рассказал, как однажды наблюдал за тем, как пресная вода из тающей Арктики хлынула в Северную Атлантику, разбавляя обычно плотное и соленое море. Приток постепенно замедлил работу водного конвейера, который распространял воду по всему океанскому бассейну, пока в мгновение ока вся система не остановилась. Температура в Северной Америке и Европе упала на несколько градусов за считанные десятилетия. Глобальные погодные условия изменились, лишив Африку и Азию жизненно важных муссонных дождей. Этот катаклизм происходил только в рамках компьютерного моделирования - продукта сложной модели, которую ученые используют для понимания последствий изменения климата. Но это был первый случай, когда кто-либо использовал эту конкретную модель, чтобы показать, как может разрушиться чувствительная система кровообращения Атлантического океана. 

Исследование Ван Вестена, опубликованное в журнале Science Advances, является последней попыткой понять то, что ученые называют Атлантической меридиональной циркуляцией, или AMOC. Данные из прошлого Земли показывают, что эта важнейшая и сложная океаническая система отключалась раньше, а исследования моделирования Ван Вестена предполагают, что это может произойти снова, поскольку выбросы парниковых газов человеком вызывают потепление планеты. Ученые часто сравнивают AMOC с конвейерной лентой, приводимой в движение различиями в плотности воды, которая транспортирует воду, тепло и питательные вещества по всему Атлантическому океану. Он начинается недалеко от экватора, где поверхность океана прогревается тропическим солнцем. По мере продвижения воды на север часть ее испаряется, что увеличивает концентрацию соли и плотность оставшейся воды. К тому времени, когда вода приближается к Гренландии, она также остывает, что делает ее еще более плотной. Эта холодная соленая вода опускается на морское дно, выталкивая воду, которая уже была там, со своего пути. Вытесненная вода начинает течь на юг по дну океана. Как только он возвращается в тропики, вода вытягивается обратно на поверхность в результате процесса, называемого апвеллингом, и цикл начинается заново.

Гольфстрим играет определенную роль в AMOC, но эти два явления не являются синонимами. В то время как AMOC представляет собой сложную систему из множества течений, Гольфстрим представляет собой единое быстротекущее течение, которое несет теплую воду из Мексиканского залива, вдоль восточного побережья Соединенных Штатов и через северную Европу. Это вызвано в первую очередь ветрами и вращением Земли, а это означает, что даже если изменение климата нарушит работу глубоководной части AMOC, Гольфстрим не обязательно прекратит свое существование. По словам ученых, AMOC потенциально может резко переключаться между двумя принципиально разными состояниями, и как только он переключится, его будет трудно переключить обратно. Прямо сейчас AMOC самоподкрепляется. Разница в плотности воды стимулирует циркуляцию, что создает различия в плотности, которые поддерживают цикл.

Изучая отложения на дне океана, ученые уверены, что огромные потоки талой воды попали в Северную Атлантику в конце последнего ледникового периода, когда массивные ледяные щиты, покрывавшие Европу и Северную Америку, начали распадаться. Окаменелые раковины крошечных океанических организмов показывают, как этот импульс разбавил соленую воду, скопившуюся чуть ниже Гренландии. Это разбавление сделало воду менее плотной, что предотвратило ее затопление, а это означало, что не было ничего, что могло бы подтолкнуть глубоководную часть AMOC. Таким образом, на север по поверхности стало течь меньше теплой соленой воды, что еще больше ослабило градиент плотности, который управляет циркуляцией. В конце концов, обратная связь стала настолько сильной, что AMOC не мог поддерживать себя.

Ряд различных типов записей циркуляции океана свидетельствуют о сильном снижении AMOC - что-то, что приближается к состоянию коллапса,

сказала WP Софи Хайнс, палеоокеанограф из Океанографического института Вудс-Хоул.

Другие геологические данные - ледяные керны из Гренландии, сталагмиты из глубоких пещер - указывают на то, что отключение AMOC привело к серьезным изменениям погоды по всему земному шару. В Европе стало намного холоднее, и в некоторых частях тропиков прекратились дожди. В течение последних нескольких десятилетий исследователи использовали сети плавающих роботизированных датчиков для наблюдения за океаном в режиме реального времени. Поскольку эти датчики дрейфуют вместе с течениями и проходят сквозь толщу воды, они собирают информацию о температуре и солености океана и передают ее на спутники, которые затем передают информацию ученым по всему миру.

Наблюдения выявили странное пятно похолодания на южной оконечности Гренландии - одно из немногих мест на планете, где океан не нагревается. Это говорит о том, что AMOC не доставляет столько теплой воды в Северную Атлантику, и намекает на замедление работы системы. В своем исследовании Science Advances Ван Вестен и его коллеги обнаружили, что количество пресной воды, перемещаемой по самой южной части Атлантического океана, было хорошим показателем силы системы обратной связи, питающей AMOC. Когда этот показатель был положительным, это означало, что система самоусиливалась. Но когда команда Ван Вестена изучила реальные данные, она обнаружила, что ее показатель переноса пресной воды был отрицательным.

Исследование Ван Вестена смоделировало, насколько быстро могут проявиться последствия коллапса AMOC. По его словам, как только система пройдет свой переломный момент, Западная Европа начнет остывать на целых 3 градуса по Цельсию каждое десятилетие. Уровень моря в Северной Атлантике поднимется на метр из-за скопления воды в регионе, а на дне океана закончится нехватка кислорода, что убьет существ, обитающих в его глубинах. Тем временем в остальном мире продолжало бы становиться теплее, благодаря задерживающему тепло загрязнению человечества парниковыми газами.

Климатолог Тим Лентон, директор Института глобальных систем при Университете Эксетера, также использовал компьютерные модели для оценки того, как отключение AMOC может повлиять на мировые запасы продовольствия. Резкое похолодание в Северном полушарии, по его словам, приведет к смещению полосы облаков и осадков, которые окружают земной шар в тропиках. Муссоны, которые обычно приносят дожди в Западную Африку и Южную Азию, станут ненадежными, и огромные территории Европы и России погрузятся в засуху. До половины пригодных для выращивания кукурузы и пшеницы площадей в мире могут иссякнуть.