Система океанских течений Атлантики разрушается вдвое быстрее прогнозов

Океанская циркуляция, которая согревает Западную Европу, регулирует африканские дожди и стабилизирует уровень моря у восточного побережья США, разрушается вдвое быстрее, чем предполагали климатические модели. Новые измерения, опубликованные в журнале Science Advances, показывают: к 2100 году атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция замедлится на 51 процент. Международные климатические оценки до сих пор использовали цифру 32 процента. Погрешность расчётов сократилась с плюс-минус 37 процентных пунктов до плюс-минус 8.

Что такое опрокидывающая циркуляция

Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция — это огромная система взаимосвязанных океанских течений, проходящих через всю Атлантику. Тёплая солёная вода движется на север у поверхности, перенося тепло из тропиков к Европе и Северной Атлантике. Когда эта вода достигает холодных морей у берегов Исландии, Гренландии и Норвегии, она отдаёт своё тепло в атмосферу, быстро охлаждается, становится плотнее окружающей океанской воды и опускается на дно. Затем эта холодная плотная вода движется на юг по океанскому дну, завершая петлю, которая работала непрерывно тысячи лет. Тепло, отданное во время северного путешествия, — это то, что делает Ирландию, Британию, Скандинавию и прибрежную Европу на несколько градусов теплее, чем позволяют их широты. Оно же управляет режимом дождей, которые кормят сотни миллионов людей в Африке к югу от Сахары.

Почему старые расчёты были неточны

Предыдущие прогнозы оценивали ослабление в 32 процента, но у этой цифры была проблема. Климатические модели расходятся в оценках опрокидывающей циркуляции больше, чем по любому другому параметру. Для большинства климатических вопросов основной источник неопределённости — по какому пути выбросов пойдёт мир. Для опрокидывающей циркуляции пути выбросов почти не имеют значения. К 2100 году разногласия между отдельными климатическими моделями составляют 78 процентов всей неопределённости в прогнозах опрокидывающей циркуляции. Сценарии выбросов вносят только 14 процентов, а естественная изменчивость океана — оставшиеся 8 процентов. Усреднение по моделям, которые так сильно расходятся, даёт центральную оценку с погрешностью, слишком большой для планирования. Диапазон плюс-минус 37 процентных пунктов вокруг центральной цифры в 32 процента совместим с исходами от скромного замедления до почти полного коллапса.

Новый метод расчёта

Новый подход решает эту проблему, привязывая прогнозы к тому, что океан измеряет на самом деле, а не к тому, что предсказывают модели. Вместо усреднения всех моделей поровну, метод проверяет каждую модель по 19 реальным океанским измерениям, охватывающим температуру поверхности моря и солёность поверхности моря в девяти регионах Атлантического, Индийского и экваториального Тихого океанов. Модели, которые точно воспроизводят эти 19 наблюдаемых значений, получают больший вес в финальном прогнозе. Модели, которые не воспроизводят, — меньший. Результат — скорректированная центральная оценка ослабления в 51 процент с диапазоном неопределённости всего плюс-минус 8 процентных пунктов. Каждое значение в этом диапазоне указывает на ослабление, достаточно серьёзное, чтобы пересечь порог, который Межправительственная группа экспертов по изменению климата официально классифицирует как substantial collapse.

Две ключевые ошибки

Две специфические ошибки в стандартных климатических моделях объясняют большую часть разрыва между старой цифрой и скорректированной. Первая касается соли. Южная Атлантика в стандартных моделях постоянно менее солёная, чем реальный океан, то есть модели приписывают ей более низкие концентрации соли, чем показывают измерения. Соль — это то, что делает поверхностную воду достаточно плотной, чтобы она опускалась, когда достигает холодной Северной Атлантики, управляя опрокидыванием. Когда модели занижают солёность Южной Атлантики, они занижают количество соли, которое течение переносит на север. Циркуляция с более слабой адвекцией соли сопротивляется замедлению больше, чем реальный океан. В модели она выглядит стабильной, когда настоящий океан — нет. Ошибки в солёности Южной Атлантики сами по себе объясняют 47 процентов разрыва между старым прогнозом и скорректированной цифрой.

Вторая ошибка — температура. Модели показывают Северную Атлантику постоянно более холодной, чем она есть на самом деле, в субтропических, субполярных и норвежских морях. Северная Атлантика, более холодная, чем в реальности, даёт циркуляцию, которая меньше реагирует на потепление, снова порождая прогнозируемое замедление опрокидывающей циркуляции меньшее, чем оправдывает реальная океанская физика. Ошибки в температуре Северной Атлантики объясняют ещё 36 процентов коррекции. Ошибки в солёности в море Лабрадор, тропической Северной Атлантике и восточной субполярной зоне составляют оставшиеся 17 процентов.

Физические последствия

Физические последствия 51-процентного ослабления распределены неравномерно, и они не отдалены во времени. Опрокидывающая циркуляция в настоящее время перемещает примерно 16,9 свердрупа воды мимо 26 градусов северной широты. Один свердруп равен одному миллиону кубических метров в секунду — поток примерно в 100 раз больше реки Амазонки. Каждый свердруп этого потока переносит тепло на север. Сокращение циркуляции до 8,1 свердрупа — именно это вычисляет скорректированный прогноз для периода 2091–2100 годов — удаляет примерно 0,44 петаватта тепловой энергии из системы доставки тепла на север. Это тепло больше не достигает атмосферы над Северной Атлантикой. Средние температуры над Британией, Ирландией, Норвегией и атлантическим побережьем Европы падают как прямой результат, и нет компенсирующего механизма, доступного на столетних временных масштабах. Вегетационные периоды в Северной Европе сокращаются. Урожайность сельскохозяйственных культур падает в сельскохозяйственных зонах, которые уже работают с узкими пределами. Зимние штормы достигают береговых линий, у которых больше нет океанского тепла, чтобы смягчать поступающие атлантические погодные системы.

Африка и дожди

В Африке к югу от Сахары последствия приходят через дожди. Опрокидывающая циркуляция контролирует положение внутритропической зоны конвергенции — пояса интенсивных тропических дождей, который опоясывает Землю близ экватора и определяет влажные и сухие сезоны в Африке и северной Южной Америке. Когда опрокидывающая циркуляция ослабевает, этот пояс дождей смещается на юг. В Сахеле — полуаридной полосе, протянувшейся от Сенегала до Эфиопии по южному краю Сахары, — это южное смещение уменьшает количество дождей в сезон дождей именно в той степени, которая толкает сельскохозяйственные системы за пределы их возможностей. Сахель обеспечивает несколько сотен миллионов человек через мелкое фермерство, практически без инфраструктурного буфера против sustained нехватки дождей. Неурожай в масштабе, вызванном 51-процентным ослаблением опрокидывающей циркуляции, порождает не управляемые краткосрочные дефициты, а продовольственную и водную небезопасность для населения размером с Соединённые Штаты, в регионе, где ни одна сеть помощи или инфраструктура переселения не работает даже близко к требуемому масштабу.

Уровень моря у берегов США

У восточного побережья США уровень моря поднимается независимо от того, что делает глобальный средний уровень моря. Опрокидывающая циркуляция обычно оттягивает поверхностную воду от восточного побережья, удерживая прибрежный уровень моря ниже, чем он был бы в противном случае. По мере ослабления циркуляции и уменьшения этого оттягивания уровень моря от Майами до Бостона поднимается на дополнительную величину сверх вклада от таяния льдов и теплового расширения океана. Штормовые нагоны, которые сейчас достигают определённой точки вглубь суши, проникают дальше. Приливные наводнения, которые сейчас происходят с определённой частотой, случаются чаще и на большую глубину. Дренажные системы, дорожные сети и фундаменты зданий каждого крупного восточного города были спроектированы с учётом исторического уровня моря и исторической частоты штормов. При 8,1 свердрупа потока опрокидывающей циркуляции оба параметра находятся за пределами расчётных границ этой существующей инфраструктуры.

Роль таяния Гренландии

При умеренном сценарии выбросов SSP2-4.5 ослабление достигает 51 процента. При сценарии высоких выбросов SSP5-8.5 скорректированный прогноз поднимается до 57,7 процента с погрешностью всего 5,4 процентных пункта. На этом уровне весь диапазон неопределённости находится выше 52 процентов. При каждом рассмотренном сценарии выбросов скорректированные прогнозы показывают, что опрокидывающая циркуляция пересекает порог substantial collapse Межправительственной группы экспертов по изменению климата до 2100 года.

Скорректированные цифры также исключают один дополнительный фактор полностью. Таяние льдов Гренландии доставляет пресную воду прямо в зоны погружения Северной Атлантики. Пресная вода менее плотная, чем солёная, и её инъекция в места, где опрокидывающая циркуляция движется вниз, подавляет этот поток напрямую. Таяние Гренландии не учтено в 19 переменных, использованных для привязки этого прогноза, потому что оно не отслеживается последовательно в архиве использованных моделей. Цифра в 51 процент не включает вклад Гренландии. Прогноз, который включал бы его, дал бы более серьёзную цифру, чем та, что сейчас на столе.

Мониторинг в реальном времени

Сеть мониторинга RAPID, заякоренная через Атлантику на 26 градусах северной широты и работающая непрерывно с 2004 года, в настоящее время фиксирует опрокидывающую циркуляцию на среднем уровне 16,9 свердрупа за 2005–2023 годы. Скорректированный прогноз нацелен на 8,1 свердрупа для последнего десятилетия этого века. Этот массив продолжает активные измерения в рамках совместной британо-американской программы мониторинга океана. Любое устойчивое отклонение от текущего диапазона в ближайшее десятилетие станет первой реальной проверкой того, верна ли скорректированная траектория.

Вопрос, который остаётся без ответа, заключается не в том, слабеет ли опрокидывающая циркуляция — данные неопровержимы. Вопрос в том, сколько времени осталось у прибрежных городов, сельскохозяйственных регионов и национальных правительств, чтобы подготовиться к последствиям, которые уже нельзя предотвратить, только смягчать. Часы тикают, и тикают они громче, чем предполагалось.