Антарктическое циркумполярное течение (АКЦ) является крупнейшей океанической системой в мире, играющей важнейшую роль в глобальной циркуляции океанов и климатических процессах. Его мощное и непрерывное движение вокруг Антарктиды объединяет воды Тихого, Атлантического и Индийского океанов, способствуя обмену теплом и веществами между ними. Современное понимание динамики АКЦ подчеркивает влияние атмосферных сил, океанических плотностных градиентов и активности вихрей. Однако до недавнего времени долгосрочные изменения в силе и положении этого мощного течения оставались малоизученными. Работа, опубликованная в 2024 году, раскрывает важные аспекты развития АКЦ за последние пять миллионов лет, базируясь на анализе осадочных кернов из Южной части Тихого океана.
Палеоокеанографические данные свидетельствуют о том, что сила АКЦ за этот период не подчинялась простому линейному тренду: несмотря на общую тенденцию глобального охлаждения и увеличения объема ледников на планете, скорость течения сначала росла, а затем снижается в течение раннего плейстоцена. Это говорит о смене режима циркуляции океана и о том, что разные климатические факторы оказывали обратное воздействие на океанический поток в разные периоды. Обнаружено, что изменения силы АКЦ тесно связаны с орбитальными циклами Земли, в частности с 400-тысячелетними циклам эксцентриситета, которые влияют на тропические температуры и атмосферные циркуляционные потоки, такие как струйные течения в Южной части Тихого океана. Одним из ключевых результатов исследования является выявление устойчивой связи между периодами ослабления АКЦ, сдвигом зон осадков осадков опала в сторону экватора и сокращением концентрации углекислого газа в атмосфере. Эта взаимосвязь установилась в эпоху Среднеплейстоценового перехода — важного витка климатической истории Земли, когда циклы ледников сменялись более длинными и интенсивными.
Самые сильные потоки АКЦ отмечены в теплые межледниковые периоды плейстоцена и плиоцена, что может служить индикатором возможного усиления циркумполярного течения при продолжающемся современном глобальном потеплении. АКЦ не просто переносит огромные массы воды между океанами, он образует океанические фронты, где происходит подъём глубоких слоев воды, а также смешивание и формирование промежуточных водных масс. Эти процессы оказывают решающее влияние на циркуляцию углерода в Южном океане, а значит — на уровень атмосферного углекислого газа. Силу и положение течения регулируют ветровые нагрузки, взаимодействие с рельефом морского дна и изменение плотности воды благодаря теплу и солености. Южные пассаты, или западные ветры в Южном полушарии, создают поверхностные потоки океанской воды на север и способствуют вертикальной циркуляции, от которой зависит транспорт тепла и питательных веществ.
Изотопный и гранулометрический анализ осадков показывают, что в последних трех ледниковых циклах сила АКЦ оказывалась значительно сниженной в периоды холодов, причем снижение было наиболее выраженным в субантарктической зоне, где концентрируется основная часть течения. Межледниковые периоды характеризовались усилением течения, иногда превышающим современные значения. Эти данные подтверждают однородность изменений потока по широте в Тихом океане, исключая влияние подводных горных преград, таких как Восточно-Тихоокеанский хребет. Реконструкции за период до одного с половиной миллиона лет выделяют так называемые супермежледниковые интервалы с особенно сильным АКЦ, например, период MIS 11, что отчасти совпадает со значительным теплым климатом и возможным сокращением ледников в Антарктике. Параллельно происходили заметные сдвиги в биогеохимических характеристиках осадочных слоев, что указывает на перестройку морских экосистем и фотосинтетической активности.
Среднеплейстоценовый переход (около 1,25–0,7 млн лет назад) не только принес изменения в темпы и амплитуды ледниковых циклов, но и оказался связан с реорганизацией работы АКЦ. На этом этапе наблюдается устойчивый рост силы АКЦ как в межледниковые, так и в ледниковые периоды. Увеличились колебания содержания опала в осадках, что отражает усиление круговорота кремния в морской среде и, возможно, сдвиги фронтов течения, вызывающие изменения в поставке питательных веществ. Долгосрочные тенденции в силе АКЦ, охватывающие пять миллионов лет, демонстрируют необычный тренд: вместо ожидаемого усиления течения на фоне роста температурных и плотностных градиентов в атмосфере и океанах, после плиоценового максимума сила АКЦ снижается в раннем плейстоцене, что противоречит продолжающемуся охлаждению планеты и нарастанию размеров ледяных щитов вокруг Антарктиды. Такая динамика свидетельствует о масштабных изменениях в Северном и Южном полушариях и о влиянии смены атмосферных циркуляций и океанических потоков на работу циркумполярного течения.
Связь между укреплением или ослаблением АКЦ и состоянием Западно-Антарктического ледяного щита (WAIS) неоднократно выявлялась в осадочных данных. Падения скорости течения совпадают с расширением ледового покрова, а периоды максимальной силы АКЦ — со значительным сокращением ледников по данным бурений и моделирований. Проникновение теплых вод, связанных с глубокими слоями океана, при усилении токов АКЦ может приводить к ускоренному таянию подледниковых ледников. Помимо современных климатических вызовов, эти открытия имеют фундаментальное значение для понимания прошлого климата и дают ключи к прогнозам будущих изменений. Рост силы АКЦ в теплые периоды прошлого, как например в плиоцене, подтверждает современные наблюдаемые тенденции ускорения движения течения в связи с антропогенным потеплением.
Такой рост может приводить к перераспределению тепла, ускорению циркуляции океанов и, как следствие, к изменению мирового климата и океанической биологии. Методы исследования, применяемые в данной работе, включают высокоточное датирование и корреляцию осадочных слоев, анализ стабильных изотопов кислорода и углерода в глубоководных фораминиферах, а также использование proxy-прокси для определения силы потоков на основании распределения сортируемых силтовых фракций. Важную роль сыграли данные Международной программы глубоководных бурений (IODP), которые обеспечили детализированную и непрерывную хронологию изменений. Результаты усиливают представление о сложном взаимодействии атмосферных и океанических процессов в формировании глобального климата и никак не сводятся к простым линейным моделям. Импульсы изменений в тропиках оказывают структурное влияние на южнополярные широты, а различные масштабы орбитальных циклов Земли задают ритмы изменений в течение миллионов лет.
Таким образом, пятимиллионная история силы Антарктического циркумполярного течения представляет собой важный ключ к пониманию глобальных процессов циркуляции океанов, колебаний ледниковых щитов и климатического баланса планеты. Новейшие данные, появившиеся в 2024 году, не только расширяют наше знание об эволюции Южного океана и Антарктики, но и помогают формировать более точные модели будущего развития климатической системы под влиянием антропогенных факторов.
