Сталагмиты помогли увидеть связь между потеплением на севере Атлантики и изменением всей атмосферной циркуляции

Во время последнего ледникового периода потепление на севере Атлантики и ослабление Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (АМОЦ) приводили к изменению количества осадков в удаленных от этой области регионах: области южноазиатских муссонов и субтропиков северного полушария становились более влажными, а регион южноамериканских муссонов — более засушливым. Это удалось установить по изотопному анализу сталагмитов в пещерах на пяти континентах. Подобные события в прошлом могут указывать на то, что нынешние быстрое потепление климата и ослабление АМОЦ будут также иметь последствия для всей атмосферной циркуляции. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

Во время последнего ледникового периода (120-15 тысяч лет назад) происходили быстрые изменения климата в тысячелетнем масштабе, которые получили название осцилляций Дансгора — Эшгера. Они состояли из относительно теплых и холодных фаз и стремительных (в течение десятилетий) переходов между ними. За ходом этих циклов климатологи наблюдают с помощью прокси-данных — ледяных кернов из Гренландии и Антарктиды, а также древних морских и озерных отложений. Наиболее заметно осцилляции Дансгора — Эшгера проявляются в Северной Атлантике, где во время таких событий сокращается площадь морского льда, быстро растет температура воздуха над Гренландией, а также происходит реорганизация Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции. Однако до сих пор глобальные сдвиги в циркуляциях атмосферы и океана во время таких циклов реконструировали лишь по спорадическим и локальным данным — например, сталагмитам в пещерах на севере Турции.

Ученые под руководством Йенс Фольмейстера (Jens Fohlmeister) из Потсдамского института изучения климатических изменений исследовали пространственное распределение переходов между холодными (стадиальными) и теплыми (интерстадиальными) фазами осцилляций Дансгора—Эшгера и их влияние на атмосферную циркуляцию. Для этого они использовали данные изотопного анализа о соотношении стабильных изотопов кислорода ¹⁸O и ¹⁶O. Известно, что во время потепления в пресной воде растет содержание тяжелого изотопа ¹⁸O и падает содержание легкого изотопа ¹⁶O. Их соотношение описывается показателем δ¹⁸O, и в палеоклиматологии его конкретные значения приняты для разных температур. Авторы установили величины δ¹⁸O в 111 спелеотемах из 67 пещер, расположенных на всех континентах, кроме Антарктиды. Спелеотемы — это вторичные минеральные отложения, которые образуются в пещерах, например, сталагмиты. Также палеоклиматологи рассчитали средние значения температур и количества осадков за каждое столетие, используя модели из ансамбля CMIP5 с высоким разрешением.

Авторы исследования обнаружили, что временной ряд δ¹⁸O отражает закономерности переходов от стадиальных фаз к интерстадиальным во всех 111 спелеотемах. Медианная амплитуда интерстадиального перехода δ¹⁸O в течение последнего ледникового периода в них составила от −3,1 до +2,4 промилле. Ученым удалось выявить влияние потепления на севере Атлантики и ослабление АМОЦ на климат в удаленных от этого региона широтах. Например, в регионе южноазиатских муссонов (территории нынешних Индии и Китая) и субтропиках северного полушария (Карибский бассейн) интерстадиальные периоды сопровождались выпадением бóльшего количества осадков, чем стадиальные, за счет сдвига субтропической зоны конвергенции на север. В области муссонов в Южной Америки тенденция была противоположной — теплые периоды были более засушливыми.

Авторы отметили, что полученные результаты подтверждают влияние потепления в северной части Атлантики и ослабления АМОЦ на глобальный климат: эти события уже приводили к крупномасштабным изменениям количества и сезонности осадков в различных регионах планеты — то есть по сути изменению всей атмосферной циркуляции. Эта связь может служить архетипом для последствий быстрого изменения климата, которое происходит сейчас и также сопровождается таянием Гренландского ледового щита и ослаблением АМОЦ.

Недавно ученые смоделировали, как будет меняться АМОЦ в XXI веке, впервые опираясь на данные о температуре морской поверхности в северной части Атлантического океана за последние 150 лет. Согласно их прогнозу, тренд на ослабление этой циркуляции приведет к тому, что АМОЦ с высокой вероятностью не сможет существовать в прежнем виде уже в период 2025-2095 годов.