Глубокая вода и углерод: как Южный океан сыграл ключевую роль в климатическом переходе

Около 12,000 лет назад последний ледниковый период завершился, глобальные температуры начали расти, и началась ранняя голоценовая эпоха. Ледяные щиты отступили, уровень моря поднялся, и люди начали оседать. Это изменение климата происходило не только в атмосфере, но и в водах, скрытых под поверхностью океана. Новое исследование показывает, как Южный океан вокруг Антарктиды сыграл ключевую роль в перемещении углекислого газа из океана в атмосферу во время этого значительного климатического перехода.

Глубокая вода и углерод

На юге, около Антарктиды, образуется холодная, соленая вода, которая затем погружается и распространяется по морскому дну. Эта антарктическая нижняя вода является самой холодной и плотной водной массой в мировом океане. Это ключевой элемент глобальной "конвейерной ленты", которая помогает перемещать тепло и углерод по планете. В условиях, когда глубокая вода отделена от поверхности, углерод может храниться там очень долго, что снижает его концентрацию в атмосфере.

Чтобы понять, как эта вода вела себя во время последнего потепления, группа исследователей под руководством доктора Хуана Хуанга из Лаборатории Лаосань в Циндао и с геохимиком Маркусом Гутджахром из GEOMAR в Германии провела исследование, которое также связано с пониманием глобальных углеродных циклов.

"Мы хотели понять, как влияние Антарктической нижней воды изменилось в период последнего потепления", — говорит доктор Хуан.

Древние следы углерода

Чтобы проследить, как вода в океане менялась тысячи лет назад, ученые проанализировали девять ядер отложений с морского дна, взятых с разных глубин Южного океана, от 2200 до 5000 метров. Эти отложения содержат химические следы морской воды, которая была на дне океана много тысяч лет назад.

Одним из важных следов, на который опиралась команда, был неодим — редкий металл, который оседает в морских отложениях. По данным исследований, проведенных ранее, сигнатура неодима в глубоких водах Южной Атлантики стала современной только около 12 000 лет назад. Это открытие позволило ученым понять, как именно глубокая вода Южного океана реагировала на изменения климата.

"Растворенный неодим и его изотопный отпечаток в морской воде являются отличными показателями происхождения глубоководных масс", — объяснил доктор Маркус Гутджахр, подчеркивая важность изотопных следов для понимания изменений в океанских водах.

Необычный изотопный след

Изначально ученые подумали, что их методы могли быть ошибочными, так как изотопный след оказался неожиданным. Однако дальнейшие исследования показали, что такой отпечаток мог образоваться только при длительном отсутствии движения в глубокой воде.

"Этот экзотический изотопный след появляется только тогда, когда глубокая вода остается почти неподвижной длительное время", — пояснил доктор Гутджахр.

Когда глубокая вода не двигается, химические вещества с морского дна могут воздействовать на водные массы, создавая уникальные изотопные сигнатуры в морских отложениях.

Южный океан и углерод

Оказавшееся в морских отложениях свидетельство изотопов подтверждает, что Южный океан был значительно другим во времена последнего ледникового периода. Глубокая вода, которая сегодня образуется в водах вокруг Антарктиды, была значительно оттянута назад. Вместо того чтобы быть холодной и плотной, вода в это время была насыщена углеродом, что способствовало накоплению углекислого газа в океане.

Согласно данным исследования, эта глубокая вода циркулировала в течение долгого времени, не имея достаточно вентиляции, что позволяло углероду оставаться запертой в водах. Это снижало концентрацию CO2 в атмосфере и поддерживало относительно низкие уровни углекислого газа.

Процесс изменений в океанской циркуляции

Когда планета начала нагреваться и ледяные щиты таяли, происходили две четкие фазы изменения углеродных потоков. Между 18 000 и 10 000 годами назад объем Антарктической нижней воды начал расти. Это происходило по мере того, как потепление уменьшало морской ледяной покров, позволяя большему количеству талых вод попадать в Южный океан. Это также привело к снижению солености воды, что сделало ее менее плотной и позволило глубокой воде двигаться дальше.

"Потепление вокруг Антарктиды уменьшило ледяной покров, что привело к большему количеству талых вод в Южном океане. Это изменение способствовало распространению глубокой воды и выводу углерода на поверхность", — отметил доктор Гутджахр.

Влияние на климат и экосистемы

Эти изменения в глубокой водной массе оказали серьезное влияние не только на углеродный цикл, но и на экосистемы океана. Когда глубокая вода начала распространяться, это изменило циркуляцию кислорода и питательных веществ в океане, что могло повлиять на живые организмы.

Сегодня Южный океан продолжает играть важную роль в глобальной климатической системе. За последние 50 лет вода на глубине более 1000 метров в этом регионе нагревалась намного быстрее, чем в других частях океана, что требует внимательного отслеживания изменений в этих водах для будущих климатических прогнозов.

Современные и будущие изменения

Важность отслеживания изменений в Южном океане не ограничивается только прошлым. Современные наблюдения помогают ученым понять, как потепление климата может повлиять на способности океанов поглощать углекислый газ и регулировать уровень моря в будущем. Это исследование позволяет нам понять, как подобные процессы в прошлом влияли на изменения климата, и предоставляет полезные данные для прогнозирования будущих изменений.