Антарктическое циркумполярное течение (АКЦ) с его мощным потоком восточного направления представляет собой крупнейшую в мире систему океанических течений, связывающую Атлантический, Индийский и Тихий океаны. АКЦ отвечает за циркуляцию огромных масс воды, влияющих на климатические процессы глобального масштаба и устойчивость антарктических ледяных щитов. Несмотря на свою важность, долгосрочная динамика АКЦ, охватывающая миллионы лет, оставалась недостаточно изученной. Однако в 2024 году опубликованы новые результаты масштабного исследования, основанного на анализе донных осадков центральной части Южного океана, проливающие свет на природные колебания силы этого течения за последние пять миллионов лет. Эти данные меняют традиционные представления о динамике АКЦ и его роли в климатической системе Земли.
Ранее ученые подозревали, что сила Антарктического циркумполярного течения могла претерпевать существенные изменения в течение последних миллионов лет, особенно на фоне глобальных климатических трансформаций — глобального похолодания, роста ледникового покрова и изменений атмосферного состава. Однако четкие данные и последовательные полные записи были ограничены. Основываясь на высокоточных измерениях зернистости осадков и элементном составе, команда международных исследователей изучила отложения, накопленные в центральной части Южного океана. Месторасположение объектов исследования — места глубокой океанической древовидной среды — позволило получить цельные и непрерывные данные с временным охватом от настоящего до эпохи раннего Плиоцена. Уникальным подходом стали измерения «сортируемой глины» (sortable silt), то есть распределения зерен размером от 10 до 63 микрометров, которое отражает скорость потока близ дна.
Анализ отношения концентраций циркония и рубидия в осадках позволил количественно оценить изменение силы течения на протяжении долгого времени. Полученные данные демонстрируют отсутствие линейного длительного тренда, противоречащего ожиданиям, основанным на общем процессе глобального похолодания за последние 5,3 миллиона лет. Вместо постоянного усиления или ослабления, сила АКЦ демонстрирует сложные волнообразные изменения, характерные для разных климатических эпох. Особенно примечательным стало выявление переломного момента около 3 миллионов лет назад, в конце Плиоцена, когда тенденция к усилению течения сменяется периодом постепенного уменьшения силы АКЦ, несмотря на продолжающееся охлаждение климата. Эта смена коррелирует с крупными перестройками Южного океана: изменением циркуляции, укреплением антарктического ледяного покрова и сдвигом атмосферных потоков, в частности южных ветров, контролирующих течение.
По мнению ученых, такие изменения отражают влияние интенсивного глобального атмосферного и океанического взаимодействия, связанного с глобальными ледниковыми циклами и крупномасштабными перестройками климата. Исследование также выявило тесные связки изменений АКЦ с орбитальным циклом эксцентриситета Земли с периодом около 400 тысяч лет. Эти циклические колебания, вероятно, обусловлены модуляцией предсессионных изменений в струйном течении над Южным Тихим океаном, которые в свою очередь связаны с температурными вариациями в тропической части Тихого океана и влиянием на Южные западные ветры. В ходе исследования прослежена четкая связь между ослаблением течения в ледниковые периоды, сдвигом зон осадков опала ближе к экватору и снижением концентрации углекислого газа в атмосфере. Этот феномен впервые был выявлен в рамках Среднеплейстоценового перехода — периода эволюционных изменений климатических циклов около миллиона лет назад.
Реконструкции подтверждают, что наиболее мощные потоки АКЦ существовали в относительно теплые периоды Плиоцена и Плейстоцена, мощность которых превышала современный уровень. Этот факт является ключевым доказательством перспективного увеличения силы Антарктического циркумполярного течения в контексте современного потепления климата, вызванного антропогенными факторами. Подобное усиление может привести к масштабным последствиям для циркуляции океанов и углеродного цикла, а также влияет на растущую нестабильность антарктических ледяных щитов. Работа исследователей основывается не только на измерениях сортируемой глины, но и совмещена с оценкой осадочных опаловых составляющих, что отражает собственную биопродуктивность и циркуляционные фронты вод Южного океана. Региональные различия интенсивности АКЦ и сдвигов фронтов способствуют пониманию сложности пространственного распределения течений и их изменений во времени.
Так, в ледниковые периоды наблюдается общее ослабление течения на всей широте исследования, сопровождающееся сдвигами фронтов и изменениями содержания кремнезёма в осадках, указывающими на перемещение зон биологической активности. Устойчивость и изменения АКЦ напрямую связаны с широтным положением Южных западных ветров, уровень которых зависит от глобальных температурных градиентов и колебаний атмосферных циркуляций. Палеоклиматические данные, исследуемые в работе, в том числе изменения Азиатского летнего муссона и температур тропиков, демонстрируют сложную взаимосвязь климатической системы между экваториальными и полярными регионами. Современные наблюдения показывают усиление АКЦ на фоне ускоряющегося потепления, особенно выраженного в центральной части Южного океана, что связано с изменениями потоков тепла в атмосферно-океанической системе и сдвигом крупных океанических гирей на полюс. Анализ палеореконструкций подтверждает, что такие современные процессы логично вписываются в исторические многомиллионные тренды.
Усиление АКЦ влияет на транспорт тепла, углекислого газа и питательных веществ, что может стать фактором, ограничивающим поглощение антропогенного углерода и усугубляющим глобальное потепление. Отдельное внимание уделено связи силы течения с изменениями антарктических ледяных щитов, особенно Западно-Антарктического ледникового щита (WAIS). При усилении течения происходит активизация циркумполярных потоков, увеличиваются объемы циркулирующей теплой воды, что провоцирует ускоренное таяние и нестабильность ледников, способствуя изменениям уровня мирового океана. Циклы мощности АКЦ соответствуют циклам регрессии и трансгрессии ледяных щитов, позволяя проследить взаимное влияние океана и льда в процессе климатической эволюции. Таким образом, современное исследование значительно углубляет наше понимание динамики Антарктического циркумполярного течения, демонстрируя отсутствие простого монотонного тренда изменения силы за последние пять миллионов лет, выявляя цикличность и сложное взаимодействие многочисленных факторов.
Понимание этих процессов имеет ключевое значение для прогнозирования будущих сценариев климатических изменений, океанской циркуляции и устойчивости антарктических ледяных покровов в условиях глобального потепления. Полученные данные представляют собой важную основу для повышения точности климатических моделей и океанографических симуляций, которые необходимы для разработки эффективных стратегий адаптации к изменениям климата. Новые открытия позволяют лучше понять, как взаимодействие атмосферы, океана и литосферы формировало климатические паттерны планетарного масштаба в прошлом, а также дают ценные подсказки относительно будущих изменений в этих системах.
