На 60-й параллели Южного полушария нет ни одного клочка суши. Это северная граница Южного океана, омывающего берега Антарктиды. Там преобладают сильные западные ветры, из-за которых область между 60-й и 70-й параллелями заслужила название «воющих шестидесятых».
Но, отпугивая мореходов, Южный океан одновременно играет важную роль в круговороте углерода: он поглощает около 50% выбросов углекислого газа, произведённых человеком, благодаря «биологическому насосу», то есть фитопланктону, который цветёт в его богатых питательными веществами водах. Умирая, крошечные фотосинтезирующие организмы опускаются на дно океана, закладывая туда углерод на сотни и даже тысячи лет. К тому же углекислый газ лучше растворяется в холодной воде, а бушующее ветры активно перемешивают поверхностные воды, помогая им захватывать газ.
Есть признаки, однако, что способность океана связывать атмосферный углекислый газ на протяжении последних нескольких десятилетий неуклонно снижается, отмечает климатолог Самюэль Жаккар из Швейцарской высшей технической школы Цюриха (Швейцария). Во-первых, углерод нельзя утопить навечно. Даже при закладывании нового углерода цветущим фитопланктоном, апвеллинг уносит старый на поверхность, где вновь происходит обмен с атмосферой. Во-вторых, озоновая дыра приводит к усилению ветров, что препятствует накоплению углерода.
Что ждёт нас в будущем? Обычно для ответа на этот вопрос климатологи заглядывают в прошлый ледниковый-межледниковый период. Благодаря кернам антарктического льда, в которых пойманы пузырьки древнего воздуха, исследователи располагают летописью атмосферной концентрации углекислого газа. Но относительно второй части картины — того, что происходило в океане, — записи простираются лишь на 20 тыс. лет назад, т. е. до окончания последнего ледникового периода. Продлить историю можно изучением морских отложений.
Предыдущие исследования морских отложений показали, что, когда мир скатился в последний ледниковый период, в донных отложениях Южного океана стало скапливаться меньше углерода, что совпало со снижением атмосферного углекислого газа. В холодные периоды морской лёд удерживает газы в океане, и одновременно более сухие и пыльные условия приводят к увеличению железа в воде — главной пищи фитопланктона, в результате чего двуокись углерода активнее высасывается из атмосферы.
А вот насчёт того, что происходит в тёплый, межледниковый период, уверенности нет. В 2009 году исследователи показали, что со времён последнего ледникового периода апвеллинг в Южном океане увеличился, что коррелирует с ростом атмосферного углекислого газа.
Теперь с помощью двух глубоких кернов, добытых в двух местах Южного океана проектом Ocean Drilling Program, г-н Жаккар и его коллеги реконструировали сведения о биологической продуктивности и вертикальном перемешивании океана последнего миллиона лет, то есть на протяжении сразу нескольких ледниковых и межледниковых периодов. Быстрое повышение атмосферного уровня углекислого газа во время перехода от ледникового периода к межледниковью оказалось обычным делом. «С потеплением из глубин океана стало подниматься больше двуокиси углерода, которая затем попадала в атмосферу, — поясняет г-на Жаккар. — Эффективность углеродной воронки Южного океана снизилась».
Напротив, при наступлении ледниковых периодов содержание углекислого газа в атмосфере снижается. Это происходит двумя этапами: сначала в антарктической зоне Южного океана ослабление ветрового апвеллинга и вертикального перемешивания приводит к тому, что поверхности воды достигает меньше глубинного углерода. Затем, примерно 50 тыс. лет спустя, уровень атмосферной двуокиси углерода снова снижается, что исследователи связывают с цветением фитопланктона в субантарктической зоне благодаря наплыву железа с пустынных берегов.
Регулярность этих явлений, конечно, интригует, но как приложить эти выкладки к будущему? Климатические модели ещё не настолько сложны, чтобы воспроизвести подобное, отмечает Роберт Тоггвейлер из Лаборатории геофизической гидродинамики Национального управления исследований океанов и атмосферы (США).
Известно, что, когда ледники начинают таять, охлаждая воздух вокруг себя, ветры над Южным океаном крепнут, говорит г-н Тоггвейлер. «Но как этот сигнал достигает Южного океана?» — вопрошает он. На усиление ветров влияет не только озоновая дыра, но и рост температуры. Пока никому ещё не удавалось взять в климатической модели похолодание на севере и создать на юге ветры, которые приведут к заданной реакции со стороны углеродного цикла.
Результаты исследования опубликованы в журнале Science.
Подготовлено по материалам ScienceNOW.