Ученые из БФУ имени И. Канта и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН описали изменения условий в придонных водах Атлантики за последние 500 тыс. лет. Поскольку океаны играют важную роль в формировании глобального климата, полученные данные помогут понять сегодняшние изменения и спрогнозировать будущие температурные колебания и связанные с ними риски. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (РНФ).
Между океанами и атмосферой постоянно происходит обмен теплом и газами, в том числе CO2, который относится к парниковым. Циркуляция вод — морские течения и взаимные перемещения глубинных и поверхностных слоев разной температуры и солености — тесным образом связана с глобальным климатом Земли. Потоки углекислого газа на границе «океан—атмосфера» контролируются такими параметрами, как уровень солнечной энергии, обмен тепла, фотосинтез, дыхание, формирование карбонатных раковин и кораллов и другие. Поэтому важно понимать механизмы изменений состояния океанических вод.
Экваториальная Атлантика — одна из наиболее важных областей океана, поскольку участвует в перераспределении тепла из низких широт в высокие. В настоящее время северная часть экваториальной области демонстрирует самые высокие температуры поверхностных вод в Атлантическом океане, что связано с положением так называемой внутритропической зоны конвергенции — области, которая влияет на тепловой баланс в более высоких широтах Северной Атлантики и на климат в целом, а также на продуктивность в поверхностном слое океана. Продуктивность океана — характеристика, тесно связанная с поступлением органического вещества, минеральных элементов, а также количеством и разнообразием его обитателей. Изменение циркуляции вод в экваториальной и тропической зонах Атлантики, которые происходили на фоне смены ледниковых (холодных) и межледниковых (теплых) эпох, позволят понять взаимосвязь между динамикой океана и глобальными изменениями климата.
Ученые из Атлантического отделения Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН (Калининград), Балтийского федерального университета имени Иммануила Канта (Калининград) с коллегами из Кильского университета (Германия) зарегистрировали широтные миграции внутритропической зоны конвергенции, а также изучили связь изменений свойств придонного слоя океана с поверхностной продуктивностью и глобальными климатическими перестройками.
Фораминиферы под микроскопом
Для этого авторы исследовали донные морские осадки, поднятые с глубины около 4 тыс. м в южной части котловины Зеленого мыса. В состав таких отложений помимо минеральных частиц входят раковины фораминифер — морских одноклеточных организмов. Они формируют карбонатные раковины из химических элементов в окружающей их воде, в том числе из «тяжелых» и «легких» изотопов углерода и кислорода. Эти изотопы отражают свойства водных масс и уровень глобального льда соответственно. Чем больше «тяжелых» молекул содержалось в окружающей воде, тем обширнее были ледяные «шапки» планеты, и наоборот. Благодаря этому признаку можно сопоставить изменения в химическом составе раковин фораминифер с климатическим периодом, во время которого эти раковины формировались. Кроме того, степень сохранности раковин свидетельствует об агрессивности придонных вод к карбонату кальция. Видовое разнообразие фораминифер может говорить об условиях на поверхности и на глубине океана: температуре, вентилируемости вод, наличии биогенных веществ.
Карта района и распределение водных масс
Проведенные исследования показали, что смещение внутритропической зоны конвергенции в северном направлении относительно района исследования сопровождалось потеплением поверхностного слоя океана и повышением биопродуктивности вод. Предполагается, что смещению этой зоны на север предшествовали периоды, в которые глубинные слои океана поднимались ближе к поверхности. Что касается состава придонных вод, оказалось, что в районе исследования доминировали попеременно древние «предки» холодной Антарктической донной воды, агрессивной к карбонату кальция (во время холодных климатических интервалов), и более «лояльной» Северо-Атлантической глубинной воды (во время теплых климатических интервалов). Тем не менее связь между свойствами глубинных вод и климатом нелинейна.
Схема изменения положения внутритропической зоны
конвергенции в Атлантическом океане
«Мы выделили три климатических режима, которые существовали в районе исследования во время теплых климатических фаз: “классическая модель”, “эффект локальной продуктивности” и “усиленное влияние агрессивной Антарктической донной воды”. Первые два режима представляют собой усиленное поступление Северо-Атлантической глубинной воды в район исследования. Выделенный режим “эффект локальной продуктивности” совпадает с интервалами миграций внутритропической зоны конвергенции в северном направлении. Предполагается, что во время третьего режима район исследования находился под влиянием вод преимущественно антарктического происхождения»,— сообщила Любовь Кулешова, младший научный сотрудник АО ИО РАН, автор статьи.
Схема, демонстрирующая три климатических режима,
существовавших во время теплых интервалов в океанах
«Полученные нами результаты позволяют понять, как глобальные изменения климата отражаются в локальных процессах, происходящих в океане. Реконструируя изменения химического состава придонных вод и особенности их циркуляции в прошлом, можно понять, насколько аномальны сегодняшние процессы, и прогнозировать будущие климатические перестройки»,— рассказывает Лейла Баширова, кандидат геолого-минералогических наук, заведующая лабораторией геологии Атлантики АО ИО РАН, директор НОЦ «Геоэкология и морское природопользование» БФУ.