Восточно-Антарктическое циркумполярное течение (ВАК) считается крупнейшей океанической системой планеты, которая играет ключевую роль в глобальном циркуляции океанов, климате и стабильности ледяного покрова Антарктиды. Впервые комплексное исследование охватывающее пять миллионов лет изменений силы ВАК было опубликовано в 2024 году. Материал основан на данных бурения морских осадков в центральной части Южного Тихого океана, предоставляя уникальный взгляд на динамику этого мощного течения в долгосрочной перспективе. Основой работы стали данные, собранные в рамках Международной программы глубоководного бурения (IODP), в частности с двух ключевых станций U1540 и U1541. Эти площадки расположены на глубокой океанической платформе на севере от субантарктического фронта и предоставляют непрерывные осадочные записи начиная с раннего Плиоцена, около 5,3 миллиона лет назад.
Анализ зернистости осадков, в частности так называемой «отсортированной или сортируемой мельчайшей фракции» песка, позволил оценить скорость и силу течения вблизи дна океана. Более того, сопоставление данных из разных регионов Южного океана позволило обрисовать масштабные изменения в поведении ВАК. Результаты исследования показали, что за последние пять миллионов лет не наблюдается линейной тенденции увеличения или уменьшения скорости ВАК, несмотря на глобальное потепление и последующее охлаждение, а также на нарастание ледяного покрова. Вместо этого учёные выявили сложный и волнообразный характер изменений, включающий периоды усиления и ослабления силы течения, тесно связанный с миллионилетними циклическими колебаниями климатических параметров Земли. Важным открытием стала связь изменений силы течения с так называемым 400-тысячелетним циклом эксцентриситета орбиты Земли, который влияет на долгосрочную вариабельность климата и, в частности, на интенсивность Южно-Тихоокеанского струйного течения.
Эти вариации, вероятно, обусловлены модуляцией прецессии Земли и связанными с ней изменениями температуры в тропической части Тихого океана, оказывающими влияние на атмосферные процессы на юге и тем самым на силу и позиционирование ветров западного переноса, управляющих ВАК. Также была выявлена очень тесная корреляция между ослаблением силы ВАК во время ледниковых периодов, сдвигом зон осадков опала и снижением концентрации углекислого газа в атмосфере. Этот устойчивый связующий фактор проявился особенно ярко после так называемого среднего плейстоценового перехода около миллиона лет назад, когда циклы оледенения и потепления резко изменили характер климата планеты. Интересно, что эпохи с наибольшей силой ВАК совпадают с периодами, когда климат был теплее современного, такими как межледниковые периоды плейстоцена и поздний Плиоцен. Это свидетельствует о том, что при дальнейшем глобальном потеплении ВАК может усилиться, что уже подтверждается современными наблюдениями ускорения субантарктического ветра и циркумполярного течения в ответ на антропогенные выбросы парниковых газов.
ВАК тесно связан с системой атмосферных ветров западного переноса Южного полушария, которые заставляют воду двигаться на север в верхних слоях океана при условии эффекта Экмана и одновременно индуцируют поднятие глубинных вод к поверхности южнее зоны ветров. Сила этих ветров и изменение конфигурации океанического дна формируют систему океанических фронтов, которые контролируют маршруты и интенсивность течения. Океаническая циркуляция, в свою очередь, оказывает сильное влияние на поверхность ледяного покрова, например, через доставку теплой глубокой воды, способствующей подмыву подледных морских шельфов Антарктиды. Палеоклиматические записи показали, что во время ледниковых максимумов сила ВАК была значительно ослаблена, что сопровождалось изменениями в экологии океана и изменением состава биогенных осадков. В частности, отмечался сдвиг зон опаловых осадков в сторону экватора, свидетельствующий о перемещении зон апвеллинга – подъема питательных насыщенных вод к поверхности.
Такие сдвиги оказывали значительное влияние на биологические циклы и поглощение углекислого газа океаном. Обширные данные по кислородным и углеродным изотопам из осадочных пород дополняют общую картину изменчивости, указывая на взаимосвязь между атмосферной температурой, концентрацией углекислого газа и силой ВАК. Эта сложная настройка климатической системы подчеркивает важность интерактивных процессов между атмосферой, океаном и ледяными массивами в формировании климатической истории Земли. Изучение изменений силы ВАК важно не только для понимания прошлого климата, но и для прогнозирования будущих изменений. Современные наблюдения глобального потепления указывают на ускорение циркумполярного течения, что может привести к повышению температуры в субтропических регионах и вызвать смещение океанических гирей, играющих критическую роль в глобальном теплообмене и поглощении антропогенного углекислого газа.
Кроме того, усиление ВАК способно повлиять на стабильность антарктического ледяного щита, способствуя увеличению притоков теплых вод к подледным районам и ускоряя потерю массы льда. Это имеет серьезные последствия для повышения уровня мирового океана и изменения океанской циркуляции в целом. Новейшие данные из исследований осадков подчеркивают необходимость интегрированного подхода к изучению климатической системы, учитывающей полное взаимодействие между атмосферными процессами, океанской динамикой и ледяными щитами. Реконструкция изменений ВАК за последние пять миллионов лет позволяет лучше понять механизмы, регулирующие климатическую изменчивость и устойчивость Южного океана в долгосрочной перспективе. Таким образом, исследования прошлого Восточно-Антарктического циркумполярного течения дают ценные уроки для понимания того, как современный климат и океанические системы могут реагировать на будущие вызовы глобального изменения.
Учёные продолжают совершенствовать методы анализа, внедрять новые модели и накапливать данные, чтобы обеспечить более надежные прогнозы и эффективное управление климатическими рисками на планетарном уровне.
