Новое исследование, опубликованное в Nature Communications, дает представление о том, как быстро эти изменения могут вступить в силу, если система продолжит ослабевать. Это исследование, проводимое учеными Колумбийской обсерватории Ламонт-Доэрти в сотрудничестве с Норвежским исследовательским центром, является первым, в котором точно определена временная задержка между прошлыми изменениями конвейерной ленты океана и серьезными климатическими изменениями.
Команда изучила ключевой участок структуры океанских течений, известный как атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция (AMOC). Они остановились на участке, где вода опускается с поверхности на дно Северной Атлантики.
Они подтвердили, что AMOC начал ослабевать примерно за 400 лет до крупного похолодания 13000 лет назад и снова начал укрепляться примерно за 400 лет до резкого потепления 11000 лет назад.
«Наши реконструкции показывают, что существуют явные предвестники климата, предоставленные государством океана – как предупреждающие знаки, так сказать», – говорит ведущий автор Франческо Мускителло, который закончил работу в качестве постдока в Ламон-Доэрти и сейчас работает в Университете им. Кембридж.
До сих пор было трудно решить, произошли ли прошлые изменения в конвейерной ленте океана до или после резких климатических сдвигов, которые привели к последней дегляциации в Северном полушарии.
Чтобы преодолеть обычные проблемы, команда объединила данные из керна отложений, пробуренного со дна Норвежского моря, керна озерных отложений из южной Скандинавии и ледяных кернов из Гренландии.
Ученые обычно полагаются на радиоактивный углерод (углерод 14) для определения возраста отложений; измерение того, сколько углерода 14 остается в окаменелости, показывает, как давно этот организм умер, и, следовательно, сколько лет окружающим отложениям.
Однако это соотношение сложно в океанских отложениях, потому что углерод 14 создается в атмосфере, и углероду требуется время, чтобы пробиться через океан. К тому времени, когда углерод 14 достигнет организмов на дне водной толщи, ему уже могут быть сотни или тысячи лет.
Таким образом, команде понадобился другой способ датировать слои отложений в морском керне.
Вот почему они измерили содержание углерода 14 в осадке близлежащего озера.
Древние слои озера содержат разлагающиеся растения, которые вытягивают углерод-14 непосредственно из атмосферы, поэтому ученые смогли определить возраст каждого слоя донных отложений. Затем они использовали несколько методов, чтобы сопоставить слои керна озерных отложений с морскими слоями керна. Слои пепла от двух давних извержений вулканов в Исландии помогли согласовать ситуацию. Этот процесс дал команде точный возраст каждого слоя морского керна.
Затем они сравнили реальный возраст морских отложений с возрастом, который они считали по измерениям углерода в глубинах океана; различия между этими двумя дали им оценку того, сколько времени потребовалось, чтобы атмосферный углерод 14 достиг морского дна. Другими словами, он показал, как быстро вода опускалась в этой области в процессе, называемом глубоководным образованием, который необходим для поддержания циркуляции AMOC. Теперь у них была запись моделей циркуляции океана в этом регионе с течением времени.
Последней частью головоломки был анализ кернов льда из Гренландии, чтобы изучить изменения температуры и климата за тот же период времени.
Измерения содержания бериллия-10 в ледяных кернах помогли авторам точно связать ледяные керны с записями углерода 14, поместив оба набора данных на одну и ту же временную шкалу. Теперь они могли, наконец, сравнить порядок событий между изменениями циркуляции океана и климатическими сдвигами.
Сравнение данных из трех ядер показало, что AMOC ослаб во время, предшествовавшем последнему крупному похолоданию на планете, названному младшим дриасом, около 13000 лет назад.
Циркуляция океана начала замедляться примерно за 400 лет до похолодания, но как только климат начал меняться, температура над Гренландией быстро упала примерно на 6 градусов.
Похожая картина проявилась ближе к концу похолодания; течение начало усиливаться примерно за 400 лет до того, как атмосфера начала резко нагреваться, выходя из ледникового периода.
После начала дегляциации Гренландия быстро нагрелась – ее средняя температура поднялась примерно на 8 градусов всего за несколько десятилетий, что привело к таянию ледников и значительному уменьшению морского льда в Северной Атлантике.
«Эти [400-летние] запаздывания, вероятно, намного больше того, что многие ожидали», – говорит Андерс Свенссон, изучающий палеоклимат в Копенгагенском университете и не участвовавший в текущем исследовании. "Многие предыдущие исследования предполагали запаздывание по времени различной продолжительности, но лишь немногие из них обладали необходимыми инструментами для определения фазировки с достаточной точностью."
Соавтор Уильям Д’Андреа, палеоклиматолог из Ламонт-Доэрти, был удивлен тем, что они обнаружили – он говорит, что время задержки в два или три раза больше, чем он ожидал.
На данный момент не совсем понятно, почему произошла такая большая задержка между изменениями AMOC и климатическими изменениями над Северной Атлантикой.
Также трудно точно определить, что эти модели из прошлого могут означать для будущего Земли. Последние данные свидетельствуют о том, что AMOC снова начал ослабевать 150 лет назад. Однако нынешние условия сильно отличаются от прошлых, – говорит Мускителло; в то время глобальный термостат был намного ниже, зимний морской лед простирался дальше на юг, чем гавань Нью-Йорка, и структура океана была бы совсем другой.
Кроме того, ослабление AMOC в прошлом было гораздо более драматичным, чем сегодняшняя тенденция.
Тем не менее, Д’Андреа говорит, что «если AMOC ослабнет до такой степени, как тогда, то основные климатические изменения действительно проявятся через сотни лет."
Muschitiello добавляет: «Ясно, что в океане есть некоторые прекурсоры, поэтому мы должны наблюдать за океаном. Сам факт того, что AMOC замедляется, должен вызывать беспокойство, исходя из того, что мы обнаружили."
Исследование также должно помочь улучшить физику климатических моделей, которые обычно предполагают, что климат резко реагирует одновременно с изменениями интенсивности AMOC.
Уточнения модели, в свою очередь, могут сделать прогнозы климата более точными. По словам Свенссона: «Пока мы не понимаем климата прошлого, очень трудно ограничить климатические модели, необходимые для создания реалистичных сценариев будущего."