«Клапан тепла» в Атлантике перестаёт работать. Учёные предупреждают: последствия будут глобальными

Атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция. Название длинное, почти невыговариваемое, но за ним стоит одна из самых мощных и самых незаметных сил, формирующих климат планеты. Это система океанских течений, которая переносит тепло из тропиков в холодные широты и охлаждает перегретые воды — важнейший процесс для чувствительных морских обитателей вроде кораллов. По этому гигантскому, почти невидимому конвейеру под волнами перемещаются и питательные вещества, от которых зависят целые экосистемы.

Сегодня эта циркуляция слабеет — из-за изменений климата, вызванных человеком. Последствия могут быть огромными: сдвинутся температурные и дождевые режимы, на которые опирается сельское хозяйство. Поэтому исследователи хотят понять, когда и как наступит, по словам ведущего автора Кристо Буйзерта, «критический порог, за которым ослабление циркуляции становится самоподдерживающимся и необратимым».

Именно этому посвящена работа международной команды, опубликованная в журнале «Нейчур Геосайенс». Любопытная деталь: Буйзерт решился отправить статью в журнал после разговора за сырным фондю на конференции в Швейцарии. Ещё одно подтверждение того, что угощать учёных вкусной едой — всегда дальновидная инвестиция.

Ответы стоит искать в прошлом. В плейстоценовые ледниковые периоды циркуляция неоднократно переключалась между сильным и слабым состояниями. Эти сдвиги совпадали с резкими климатическими событиями, известными как события Дансгора — Эшгера, особенно чётко зафиксированными в гренландских ледяных кернах.

Традиционное объяснение этих событий — то, что исследователи называют «тепловыми качелями между полюсами». Эта модель как будто объясняла, как перенос тепла, driven (движимый) циркуляцией, вызывал потепление на одном полюсе и похолодание на другом. Но авторы работы предложили иную трактовку, синтезировав два десятилетия наблюдательных и теоретических достижений в понимании роли теплосодержания океана, морского льда и планетарного радиационного баланса — разницы между приходящей солнечной радиацией и исходящим излучением Земли.

Вместо того чтобы представлять циркуляцию прежде всего как конвейер, перегоняющий тепло из одного полушария в другое, исследователи предлагают думать о ней как об «океанском клапане тепла».

Команда прогнала три климатические модели, способные порождать самопроизвольные, самоподдерживающиеся колебания климата ледникового типа, похожие на события Дансгора — Эшгера. Выяснилось: когда циркуляция была сильной, энергичная глубинная конвекция в Северной Атлантике позволяла океану отдавать в атмосферу большие объёмы тепла. Планета тоже теряла энергию в космос. Когда циркуляция ослабевала, глубинная конвекция прекращалась. Северная Атлантика теряла меньше тепла, чем остальной океан поглощал, и тепло накапливалось в океанских глубинах. Планета в целом приобретала энергию.

Иными словами, циркуляция действовала не столько как простой конвейер, перемещающий тепло с места на место, сколько как клапан, регулирующий, позволено ли теплу покидать океан. Клапан открыт — тепло уходит. Клапан закрыт — тепло накапливается.

Эта модель клапана помогает объяснить и давнюю загадку расхождений в ледяных кернах: быстрые изменения в Гренландии и медленные в Антарктиде на одних и тех же отрезках времени. Согласно новой трактовке, причина в стремительных переменах теплопотерь Северной Атлантики и медленных изменениях количества тепла, запасённого во всём океане, что и отражают антарктические записи. Оба полюса, доказывают исследователи, реагировали не на противоположные концы тепловых качелей, а на разные стороны глобально связанного цикла океанского тепла.

«Циркуляция действует как океанский клапан тепла, регулирующий планетарную температуру через радиационный баланс Земли», — написал Дэвид Бонан, климатолог из Вашингтонского университета, давший экспертную оценку работе.

Что же происходит в этой модели клапана применительно к сегодняшнему потеплению? Поскольку изменения климата, вызванные человеком, преобразуют океан, более слабая циркуляция могла бы уменьшить глубинную конвекцию и увеличить количество тепла, запасаемого в океане. Исследователи заключают: будущее ослабление циркуляции способно фактически усилить планетарное потепление, «прикрутив» океанский клапан тепла.

Но у модели есть важная оговорка. Ледниковый климат сильно отличался от сегодняшнего. События Дансгора — Эшгера происходили в ледниковых условиях, когда огромные массы морского льда создавали обратные связи, позволявшие циркуляции переключаться между состояниями. В более тёплом будущем Северная Атлантика может оказаться полностью или почти полностью свободной ото льда — а это убирает механизм, который был центральным для древних колебаний.

Прошлое не даёт хрустального шара для предсказания будущего циркуляции. Но оно предлагает нечто почти столь же полезное: естественный эксперимент, показывающий, что изменения этой циркуляции влияют не только на то, куда идёт тепло, но и на то, сколько тепла планета удерживает в целом.

Буйзерт призывает к значительно более широким исследованиям, потому что, как он пишет, «выяснить, имеет ли будущая циркуляция более одного устойчивого состояния, — crucial (ключевая) исследовательская задача, поскольку от этого может зависеть разница между временным ослаблением и необратимым коллапсом, с глубокими последствиями для общества».

Работа опубликована в журнале «Нейчур Геосайенс».