Южный океан, окружающий удаленный континент Антарктиды, является одним из наиболее важных, но плохо изученных компонентов глобального углеродного цикла. Южный океан, улавливающий половину всего антропогенного углерода, попавшего на сегодняшний день в океан, играет решающую роль в регулировании антропогенного выброса CO2. Следовательно, понимание процессов, определяющих его эффективность как поглотителя углерода во времени, имеет важное значение для уменьшения неопределенности в климатических прогнозах.
После Последнего ледникового периода, около 18000 лет назад, мир естественным образом перешел в теплый межледниковый мир, в котором мы живем сегодня.
В течение этого периода выбросы CO2 быстро выросли с 190 до 280 частей на миллион примерно за 7000 лет. Этот рост не был устойчивым и прерывался быстрыми подъемами и прерывистыми плато, отражающими различные процессы в глобальном углеродном цикле.
Обращение к антарктическому холоду
Особняком стоит один период: 1900-летнее плато с почти постоянными уровнями CO2 на уровне 240 частей на миллион, начавшееся около 14 600 лет назад, названное Антарктической холодной инверсией.
Причина этого плато остается неизвестной, но понимание процессов может иметь решающее значение для улучшения прогнозов, связанных с обратной связью между климатом и углеродом.
«Мы обнаружили, что в кернах отложений, расположенных в зоне морского льда Южного океана, биологическая продуктивность увеличивалась в этот критический период, тогда как дальше на север, за пределами зоны морского льда, она снижалась», – говорит Майкл Вебер, соавтор исследование Института наук о Земле Боннского университета. "Теперь было важно выяснить, как климатические записи на антарктическом континенте отражают этот критический период времени."
Чтобы решить этот вопрос, исследователи из Университета Кил, U.K., и Университет Нового Южного Уэльса (UNSW) в Сиднее, Австралия, посетили район голубого льда Patriot Hills, чтобы получить новые данные о морских биомаркерах, обнаруженных в ледяных кернах. Крис Фогвилл, ведущий автор исследования из Кильского университета, говорит, что «причина этого длинного плато в глобальных уровнях CO2 в атмосфере может иметь фундаментальное значение для понимания способности Южного океана сдерживать выбросы CO2 в атмосфере.
Хотя недавнее сокращение выбросов из-за пандемии Covid-19 показало, что мы можем сократить выбросы CO2, нам необходимо понять, каким образом уровни CO2 были стабилизированы естественными процессами, поскольку они могут иметь ключевое значение для ответственного развития подходов к геоинженерии и остаются основополагающими для достижения нашей приверженности Парижскому соглашению."
Горизонтальный анализ керна льда
Области голубого льда создаются сильными стоковыми ветрами с высокой плотностью, которые эффективно разрушают верхний слой снега и обнажают лед под ним. В результате лед поднимается на поверхность, открывая доступ к древнему льду внизу. В то время как большинство антарктических исследователей буриют лед, чтобы извлечь образцы с помощью обычного ледяного керна, эта команда использовала другой метод: горизонтальный анализ керна. Крис Терни (UNSW, Сидней) говорит: «Вместо того, чтобы сверлить лед на километры, мы можем просто пройтись по области голубого льда, чтобы вернуться в прошлое.
Это дает возможность взять образцы льда в больших объемах, необходимых для изучения новых органических биомаркеров и ДНК, которые были перенесены из Южного океана в Антарктиду и сохранены в голубом льду."
Результаты продемонстрировали заметное увеличение количества и разнообразия морских организмов на протяжении 1900-летнего периода существования плато CO2, чего раньше никогда не было. Команда также провела климатическое моделирование, которое показало, что этот период совпал с наибольшими сезонными изменениями площади морского льда от лета к зиме.
Вместе с морскими кернами эти находки являются первым свидетельством увеличения показателей биологической продуктивности и предполагают, что процессы в антарктической зоне Южного океана могли вызвать плато CO2.
Команда будет использовать эту работу для поддержки разработки климатических моделей, направленных на улучшение нашего понимания будущего изменения климата.
Включение процессов морского льда, которые контролируют обратную связь между климатом и углеродом, в модели нового поколения будет иметь решающее значение для уменьшения неопределенностей, связанных с прогнозами климата, и поможет обществу адаптироваться к будущему потеплению.