Потепление делает молодые воды Тихого океана старше, а старые — моложе
Потепление способно противоположным образом изменить циркуляцию воды в разных частях Тихого океана. Новое моделирование показало, что относительно молодые и богатые кислородом воды субтропического Северного Тихого океана со временем становятся «старше», тогда как более старые воды тропической зоны, наоборот, могут становиться «моложе». Причина связана с замедлением вертикального движения воды по мере усиления температурного расслоения океана.
Под возрастом воды океанологи понимают не возраст молекул H₂O, а время с момента, когда конкретная водная масса в последний раз находилась у поверхности и могла обмениваться газами с атмосферой. Чем дольше она остаётся в глубине, тем больше растворённого кислорода успевают израсходовать микроорганизмы и другие биологические и химические процессы.
Исследователи из Института океанографии Скриппса Калифорнийского университета в Сан-Диего, Принстонского университета, Британской антарктической службы и Японского агентства морских и наземных наук попытались объяснить необычную картину, которую показывают климатические модели для верхних слоёв Тихого океана.
Особенно заметные изменения ожидаются в термоклине — слое примерно от 200 до 1000 метров, где температура быстро уменьшается с глубиной. Сейчас в субтропической части Северного Тихого океана туда регулярно поступает сравнительно молодая поверхностная вода, насыщенная кислородом. В тропиках ситуация обратная: там значительную роль играет подъём более старой глубинной воды с низким содержанием кислорода.
При потеплении поверхность океана становится легче относительно холодных глубоких слоёв. Усиливается стратификация — разделение воды на слои разной плотности, которые хуже перемешиваются между собой.
В субтропическом Северном Тихом океане это приводит к ослаблению погружения молодой воды с поверхности. Циркуляция становится более мелкой, а нижняя часть термоклина получает меньше свежей, насыщенной кислородом воды. В результате средний возраст воды там увеличивается, а концентрация кислорода снижается.
В тропической части Тихого океана работает другой механизм. Там потепление ослабляет подъём из глубины старой воды, в которой уже израсходована значительная часть кислорода. Если такой воды поступает меньше, средний возраст воды в термоклине уменьшается, а ожидаемая потеря кислорода оказывается слабее.
Часть этого эффекта возникает далеко за пределами тропического Тихого океана. Моделирование показало, что нагрев Южного океана ослабляет погружение воды в средних широтах Южного полушария. Изменение циркуляции затем распространяется по океану и уменьшает подъём старой глубинной воды в тропической и северной части Тихого океана. Авторы связывают передачу этого воздействия с перестройкой циркуляции, распространяющейся вдоль океанических границ и экватора в виде волн Кельвина.
Так возникает кажущийся парадокс: там, где вода сейчас остаётся молодой благодаря постоянному притоку с поверхности, замедление циркуляции заставляет её стареть. А там, где высокий возраст поддерживается постоянным подъёмом старых глубинных вод, ослабление этого подъёма приводит к омоложению.
Для проверки механизма исследователи использовали упрощённую модель циркуляции океана и биогеохимических процессов. Они отдельно нагревали различные регионы поверхности, в том числе Тихий и Южный океаны, и наблюдали за изменениями на протяжении 100 модельных лет. В одном из основных экспериментов температуру поверхности увеличивали на 4 °C, сохраняя ветровое воздействие неизменным. Поэтому результаты предназначены прежде всего для выявления физических механизмов, а не для точного прогноза состояния океана к конкретной дате.
Полученная закономерность при этом соответствует результатам более сложных климатических моделей CMIP6: они также показывают значительное снижение кислорода и увеличение возраста воды в субтропическом Северном Тихом океане, но гораздо более слабую потерю кислорода в тропических областях с уже существующим его дефицитом.
Для морских экосистем последствия этих изменений могут сильно различаться. Наибольшее ухудшение условий авторы ожидают в глубине северотихоокеанского термоклина, где одновременно будут расти температура и дефицит кислорода. Это может уменьшить объём воды, пригодной для организмов с высоким потреблением кислорода.
В тропических зонах с уже низким содержанием кислорода картина несколько иная: модель предполагает относительно небольшое дальнейшее снижение его концентрации в течение ближайшего столетия. Однако авторы подчёркивают, что такие экосистемы уже существуют близко к физиологическим пределам многих организмов, поэтому даже небольшие изменения могут иметь последствия.
Работа не учитывает всех возможных будущих изменений океана, включая перестройку ветров. Авторы считают необходимыми более детальные модели и продолжение наблюдений за кислородом, в том числе с помощью биогеохимических поплавков Argo.
Исследование в журнале AGU Advances.