Антарктическое циркумполярное течение (ACC) - крупнейшая и самая мощная океанская система Земли, связывающая все три главных океанических бассейна планеты и играющая важнейшую роль в глобальной циркуляции вод и влиянии на климатические процессы. Изучение его изменений за миллионы лет позволяет понять, как океан влиял и продолжает влиять на климат, ледяной покров Антарктики и глобальное распределение энергии. Недавние исследования, опубликованные в 2024 году, открывают новую страницу в понимании многомиллионолетней динамики ACC, основываясь на данных из осадочных пород Южной части Тихого океана. Эти данные погружают нас в долгосрочные процессы, влияющие на поток и силу течения, его взаимодействие с атмосферными ветрами, океанскими градиентами плотности и глобальными климатическими изменениями. Сила ACC зависит от нескольких ключевых факторов.
Одним из главных являются ветры, особенно Южные западные ветры (SWW) – они генерируют восточные ветры в океане, способствуя мощному горизонтальному течению. Далее важную роль играют плотностные градиенты воды, связанные с температурой и соленостью, а также активность водоворотов и завихрений, которые могут либо усиливать, либо ослаблять структуру течения. Ранее реконструкции показывали региональную неоднородность положения и силы ACC в течение плио-плейстоценовых циклов, однако долгосрочная эволюция течения оставалась плохо изученной и недостаточно понятной. Новые исследования, основанные на анализе осадков, взятых протяжённо из центральной части Южного Тихого океана, показывают, что за последние 5,3 миллиона лет сила ACC не демонстрировала линейного длительного тренда. Это довольно неожиданное открытие, учитывая глобальное похолодание и рост ледяного покрова за указанный период.
Однако в данных наблюдается обратный процесс масштаба миллиона лет: на фоне увеличения силы ACC в эпоху плиоцена, когда климат постепенно охлаждался, в раннем плейстоцене произошло снижение её интенсивности, несмотря на дальнейшее снижение температуры. Это говорит о существенном изменении режима и механизма управления течением, связанном с перестройкой Южного океана и усилением ледяного покрова, что в свою очередь изменило чувствительность ACC к внешним атмосферным и океаническим воздействиям. Глубокий анализ также выявил тяготение изменений силы ACC к циклам с периодом около 400 тысяч лет, что связано с колебаниями эксцентриситета орбиты Земли и его влиянием на климатические процессы. Установлено, что в такие периоды колебания модифицировали конфигурацию струйных течений в Южной части Тихого океана, которые взаимодействуют с тропическими температурами и монсунами в Азии, тем самым реализуя обратную связь между тропическими и полярными системами. Особую значимость представляет связь между ослаблением ACC, сдвигом зоны опалового осадконакопления к экватору и падением уровня атмосферного CO2 во время ледниковых периодов, способствующая поддержанию холодного климата.
Впервые такая связь становится очевидной в переходный период в середине плейстоцена. Исследования последних трёх ледниково-межледниковых циклов показывают согласованные изменения мощности ACC в широком меридиональном профиле, от Субантарктической зоны (SAZ) к Антарктической зоне (AZ). Во всех зонах наблюдается существенное снижение течения в ледниковые периоды и усиление в межледниковые, причём наибольшее уменьшение – в SAZ, где проходит основная масса потока. В межледниковые периоды ACC зачастую достигала и даже превышала по силе современные холоценовые значения, особенно в SAZ, что подчеркивает чувствительность течения к глобальному температурному режиму и атмосферным условиям. Присутствует сложная пространственная разница в интенсивности изменений ACC около различных фронтов, что указывает на региональную неоднородность течения и динамичных процессов в океане.
Это согласуется с разнородными паттернами осадков биогенного кремнезёма (опала), что связано с движением океанических фронтов и изменениями в биопродуктивности и циркуляции воды. Например, во время ледниковых периодов опал смещается в сторону экватора, что связано с возрастанием уплотнения и изменением структуры течения. Переходный период между приблизительно 1,3 и 1 миллионом лет назад знаменует важную глобальную перестройку климата – Плейстоценовый переход – когда циклы колебаний стали длиннее и интенсивнее. Именно в этот период сила ACC демонстрировала подъём как в ледниковые, так и в межледниковые фазы, достигая значительных максимумов, сопоставимых или превосходящих современные значения. Такая активизация течения сопровождается усилением вариабельности биогенного осадконакопления, что отражает усиление влияния циклических орбитальных факторов на климат и океан.
В плиоцене же ACC прошла три выразительных периода максимальной силы, что коррелирует с интенсивностью атмосферных циркуляций и температурными градиентами. Согласно реконструкциям, в ранний плиоцен слабо развившийся ледяной щит Антарктики и уменьшенное морское ледовое покрытие создали условия для слабо выраженных фронтов и большего влияния атмосферных факторов на течение. Постепенное усиление и смещение Южных западных ветров в более экваториальную часть сопровождают постепенное усиление ACC на фоне глобального похолодания и роста климатической контрастности. Однако в раннем плейстоцене глобальные процессы обернулись противоположной динамикой – несмотря на продолжающееся похолодание и усиление ледяного покрова, ACC ослабело. Это связано с тем, что морская вода в антарктической зоне достигла температуры замерзания, ограничивая дальнейшее охлаждение и изменяя температурные градиенты.
Радиальные смещения и перестройки циркумполярного течения обеспечили снижение её силы, при этом факт существенно влияющих процессов в тропической зоне, связанных с изменением азиатского летнего муссона и температурными градиентами Тихого океана, подкрепляет гипотезу о комплексном климатическом взаимодействии между экватором и полюсом. Связь между силой ACC и изменениями в ледяном покрове Антарктики чётко выражена. Когда течения усиливались, наблюдались тенденции к уменьшению ледяного покрова, а их ослабление сопровождалось расширением ледников и морского льда. Например, в период плиоцена первые наступления крупных ледниковых масс связаны с ослаблением ACC, что влияет на поступление тёплых вод и циркуляцию вокруг Антарктиды. В свою очередь, усиление ACC способствует усилению циркуляции теплых вод и может способствовать таянию морских ледниковых частей, что связано с современными опасениями по поводу изменения климата и устойчивости ледяных щитов.
Кроме того, ACC влияет на глобальную теплообменную систему. Приобретённые данные показывают, что усиление течения под воздействием антропогенного потепления уже наблюдаемо и может стать частью продолжающейся тенденции, что несёт риски для глобального климата и биологической продуктивности океанов. Активная циркуляция способствует переносу тепла из полярных районов в субтропики, вовлекая региональные океанические круговороты и биогеохимический цикл углерода. Важным аспектом исследований стала методология восстановления силы ACC, основанная на анализе свойств частиц осадков, в частности, на расчёте так называемой сортируемой глины (sortable silt) по отношению к элементному составу осадка (отношение циркония к рубидию), что является прокси для оценки скоростей течения и изменений водного режима. Использование таких непрямых методов позволило проанализировать структуру ACC со скважин, расположенных в центральном Южном Тихом океане и по широте от субантарктических до антарктических зон.
