Аннотация:
Ученые предложили новый механизм, объясняющий, как формировались прошлые ледниковые периоды Земли: охлаждение океана, вызванное расширением ледяных щитов северного полушария, может передаваться в южное полушарие через глобальную циркуляцию океана, изменяя циркуляцию и условия морского льда в океане вокруг Антарктиды, тем самым позволяя большему количеству углекислого газа накапливаться в глубоком море, способствуя дальнейшему охлаждению глобального климата. Исследование проливает новый свет на давно неуловимые климатические связи между северным и южным полушариями.
Это исследование провели исследователи из Университета Сент-Эндрюс в Великобритании, а результаты были опубликованы в Журнале климата 22 октября 2026 года. Исследование сосредоточено на давнем научном вопросе: ученые уже знают, что Южный океан играет важную роль в регулировании концентрации углекислого газа в атмосфере, но до сих пор не хватает четких физических объяснений того, как огромные ледяные щиты, образовавшиеся в Северном полушарии, влияют на океаны, окружающие Антарктиду за тысячи километров от нее.
За свою долгую историю Земля пережила множество ледниковых периодов. В эти периоды глобальные температуры падают, и большие площади суши в Северном полушарии покрываются ледяными щитами. Изменения орбиты Земли изменят солнечную радиацию, получаемую на разных широтах, создавая условия для образования и расширения ледниковых щитов; в то же время на развитие и продолжительность ледниковых периодов также будут влиять концентрация углекислого газа в атмосфере, циркуляция океана, а также способность льда и снега отражать солнечный свет. Ученые полагают, что эти факторы не действуют независимо, а могут влиять друг на друга посредством ряда механизмов обратной связи.
Механизм, предложенный исследовательской группой, начинается в высоких широтах Северного полушария. Когда изменения орбиты летом охлаждают эти регионы, ледяные щиты могут постепенно формироваться и расширяться. Большие ледяные щиты охладит близлежащие воды Северной Атлантики и изменят температурную структуру и распределение плотности воды. Поскольку морская вода участвует в глобальной системе циркуляции океана, этот сигнал охлаждения может постепенно распространяться на юг, в конечном итоге затрагивая Южный океан вокруг Антарктиды.
Южный океан является важной частью углеродного цикла Земли. Океан поглощает углекислый газ из атмосферы и сохраняет часть его в глубоком море посредством опускания морской воды, глубоководной циркуляции воды и других физических и биологических процессов. Если условия циркуляции и морского льда в Южном океане изменятся, обмен углерода между океаном и атмосферой также может измениться, в результате чего больше углекислого газа останется в океане вместо того, чтобы выбрасываться обратно в атмосферу.
Углекислый газ в атмосфере является важным парниковым газом, и снижение его концентрации снижает способность атмосферы удерживать тепло. Следовательно, если расширение ледникового щита северного полушария может способствовать накоплению большего количества углерода в Южном океане за счет циркуляции океана, это может сформировать постепенно усиливающуюся обратную связь по охлаждению: северное охлаждение способствует расширению ледникового щита, ледяной покров влияет на циркуляцию океана, Южный океан дополнительно поглощает и сохраняет углекислый газ, а ослабление парникового эффекта в атмосфере способствует продолжению глобального похолодания.
Чтобы проверить эту гипотезу, исследователи провели моделирование климата океана. Вместо того, чтобы напрямую охлаждать всю планету, они снизили температуру только в самых северных регионах океана, чтобы имитировать воздействие большого расширения ледникового покрова на окружающую воду. Затем исследовательская группа попыталась выяснить, может ли это локализованное охлаждение передаться в Южное полушарие через циркуляцию океана и вызвать изменения, которые будут полезны для хранения углерода в океане.
Результаты моделирования показывают, что охлаждение вод высоких широт Северного полушария само по себе может привести к значительным глобальным последствиям. Охлаждение только северных океанов приведет к сокращению содержания углекислого газа в атмосфере на 74% по сравнению со сценарием, в котором исследователи охлаждали всю планету одновременно. Этот результат предполагает, что локальное похолодание в Северном полушарии может оказать значительное влияние на глобальный углеродный цикл через океанские связи на большие расстояния.
Работа дает возможное объяснение двум климатическим явлениям, которые ранее было трудно связать между собой: расширение ледниковых щитов в Северном полушарии и снижение содержания углекислого газа в атмосфере, вызванное изменениями в циркуляции океана в Южном полушарии, сказала ведущий автор Мэдисон Шанкер из Школы наук о Земле и окружающей среде Университета Сент-Эндрюс. С помощью модельного моделирования исследовательская группа доказала, что эта связь осуществима с точки зрения физического механизма.
Однако цифра в 74 % получена в результате конкретных модельных экспериментов и не означает, что каждое расширение ледникового покрова Северного полушария в реальной истории обязательно будет вызывать такое же сокращение выбросов углекислого газа. Результаты модели показывают, что этот механизм может играть важную роль, а не то, что его фактический вклад в формирование каждого ледникового периода был точно определен. На реальную климатическую систему Земли также влияют такие факторы, как поля ветра, протяженность морского льда, соленость морской воды, активность морской жизни и расположение континентов.
Значение этого исследования заключается в том, чтобы связать климатические процессы в северном и южном полушариях, которые в прошлом изучались относительно отдельно. Раньше, когда ученые объясняли снижение содержания углекислого газа в атмосфере во время ледниковых периодов, они часто фокусировались на изменениях в океане вокруг Антарктиды. Новые исследования показывают, что Южный океан не является независимой климатической системой, и на его состояние могут влиять изменения ледниковых щитов и океанов даже в Северном полушарии.
Понимание этой связи не только поможет восстановить прошлую климатическую историю Земли, но и поможет ученым улучшить климатические модели. Океан может поглощать, транспортировать и хранить большие количества углерода в течение длительного времени, а изменения в его циркуляции повлияют на концентрацию углекислого газа в атмосфере и еще больше изменят глобальные температуры. Если бы модели могли более точно моделировать эти процессы, они могли бы лучше объяснить переходы между теплыми и ледниковыми периодами в истории Земли.
Конечно, естественно сформировавшийся на Земле механизм ледникового периода в прошлом нельзя напрямую приравнивать к пути эволюции сегодняшнего глобального потепления. На современные концентрации углекислого газа в атмосфере существенно влияют сжигание человеком ископаемого топлива и изменения в землепользовании, а скорость и фоновые условия нынешнего изменения климата также отличаются от многих палеоклиматических сценариев. Исследователям еще предстоит подтвердить силу этой связи между океанами северного и южного полушария в разные исторические времена и роль, которую она может сыграть в будущем изменении климата.
В целом, это исследование раскрывает межполушарный механизм обратной связи, который может привести Землю к ледниковому периоду: охлаждение океана, вызванное расширением ледникового покрова северного полушария, может повлиять на способность хранения углерода в Южном океане посредством глобальной циркуляции, тем самым усиливая процесс охлаждения всей системы Земли. Это напоминает ученым, что климат Земли определяется не каким-то одним регионом в отдельности, а сложной взаимосвязанной системой атмосферы, океанов, ледниковых щитов и углеродных циклов. Чтобы понять, как начались ледниковые периоды, необходимо проследить, как эти изменения передавались и взаимно усиливались по половине мира.
Комментарии