Морская вода в океане не везде одинакова. Она словно слоеный пирог, где каждый слой имеет свою соленость и температуру. Именно разница в плотности из-за этой неоднородности и запускает величественный механизм термохалинной циркуляции. Он, в свою очередь, движет Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляцией (АМОС) — главной глубоководной темпоральной рекой планеты. Но у поверхности океаном командуют ветра. Они создают гигантские водовороты, субтропические круговороты, что раскинулись к северу и югу от экватора. Эти водовороты — легкие для морских обитателей: они приносят ко дну кислород, который тут же расходуется на разложение органики. Если свежей, холодной и богатой кислородом воды поступает мало, эти участки океана начинают «задыхаться». Так и возникают кислородные минимумы.

Группа ученых из MARUM (Центр морских наук об окружающей среде) и факультета геонаук Бременского университета, вместе с коллегами из Кильского университета и Центра Лайелла в Шотландии, решила выяснить, как ослабление глубинной атлантической циркуляции (АМОС) связано с вентиляцией приповерхностных слоев. Они сфокусировались на тропической зоне кислородного минимума у северо-западного побережья Африки.

Подробности опубликованы в издании Nature Communications.

В основе их исследования лежали крошечные союзники — фораминиферы. Эти микроскопические одноклеточные организмы с раковинками живут на дне океана и чутко реагируют на количество кислорода. Изучая их окаменелые остатки, команда смогла восстановить картину того, как менялось содержание кислорода в восточной тропической части Северной Атлантика за последние 27 тысяч лет — период, когда, как известно, АМОС была слабее, чем сейчас.

Фораминиферы меняют свое распространение в зависимости от уровня кислорода. Это как природный датчик, встроенный в донные отложения. Он позволил нам увидеть, что происходит с мелководными течениями, когда глубинная циркуляция замедляется, — объясняет доктор София Барраган-Монтилья, ведущий автор работы.

Ученые не просто гадают, замедлится ли АМОС в будущем. Они задались другим, более практичным вопросом: а что в этом случае произойдет с верхними, мелководными течениями?

Мы были удивлены, обнаружив, насколько тесно содержание кислорода у берегов Африки связано с состоянием глубинной атлантической циркуляции, — говорит доктор Штефан Мулица из MARUM.

Оказалось, все работает на контрастах:

• Когда глубинная циркуляция слабеет, уровень кислорода в толще Атлантики падает.
• Зато приповерхностные слои, наоборот, начинают вентилироваться лучше.

Парадокс? Нет. Все объясняется ветрами. Ослабление АМОС усиливает перепад температур и давления между тропиками и северными широтами. Это, в свою очередь, разгоняет ветра, которые крутят те самые гигантские субтропические водовороты еще быстрее. Они и перемешивают воду, не давая ей застаиваться.

Мы обнаружили, что в периоды ослабления глубинной циркуляции в зоне кислородного минимума у Африки кислорода было больше. Это прямое указание на то, что мелководная клетка циркуляции усиливалась, — заключает доктор Барраган-Монтилья.

Еще один важный вывод: состояние зоны кислородного минимума у северо-западной Африки в первую очередь зависит от силы течений, а не от количества органики, разложение которой consumes кислород.

Реальная польза этого исследования фундаментальна и при этом очень практична. Оно дает нам ключ к прогнозированию последствий современных климатических изменений. Если глобальное потепление действительно приведет к существенному замедлению АМОС (а многие модели это предрекают), нас ждет не просто похолодание в Европе. Изменятся вся картина океанических течений и продуктивность морских экосистем. Это исследование показывает, что природа может компенсировать одни процессы другими: ослабление глубинной «конвейерной ленты» может усилить приповерхностную вентиляцию. Это критически важно для прогнозирования состояния промысловых районов, зон рыболовства и понимания того, где в будущем могут возникнуть новые „мертвые зоны“, лишенные кислорода, а где, наоборот, ситуация улучшится. Мы получаем не просто апокалиптический прогноз, а сложную, многомерную карту будущего океана, что позволяет нам готовиться к изменениям более осознанно.

Основное замечание лежит в плоскости реконструкции: метод палеопрокси, основанный на фораминиферах, хоть и мощный, но не прямой. Мы интерпретируем данные о прошлом содержании кислорода, опираясь на видовой состав организмов, а он может зависеть и от других, неучтенных факторов (температура, наличие пищи, кислотность воды). Хотя исследователи несомненно используют калибровки и статистические модели, некоторая степень неопределенности всегда остается. Кроме того, реконструкция сделана для конкретного региона — тропической Северной Атлантики. Переносить эти выводы на другие зоны кислородного минимума (например, в Тихом океане) следует с осторожностью, так как там могут доминировать иные физические и биологические механизмы. Для полной уверенности нужны аналогичные исследования в других ключевых точках планеты.

Ранее ученые заявили, что глубинные течения Атлантики изменили климат Земли.