Антарктическое циркумполярное течение (АЦТ) является крупнейшей океанической системой, охватывающей весь Южный океан и соединяющей три главных океанических бассейна планеты. Оно оказывает колоссальное влияние на глобальные океанические циркуляции, климатическую систему, а также на устойчивость антарктических ледяных щитов. Несмотря на важность АЦТ, до настоящего времени его долгосрочная эволюция оставалась недостаточно изученной. Новое исследование, опубликованное в 2024 году, существенно меняет наши представления о вариабельности этого мощного водного потока на протяжении последних пяти миллионов лет и раскрывает сложные взаимосвязи между океаном, атмосферой и ледяными покровами Южного полушария. Исследователи на основе анализа донных отложений из центральной части Южного Тихого океана реконструировали изменения скорости и силы АЦТ с использованием уникального метода измерения зернистости осадочного материала.
Показатель «сортируемый ил» активно применяется в палеоокеанографии для оценки изменений скорости океанских потоков: чем крупнее зерна ила, тем сильнее дноокеаническое течение, так как более крупные частицы требуют больших усилий для переноса. Согласно результатам исследования, в течение последних 5,3 миллионов лет не наблюдается устойчивого линейного тренда в изменении силы АЦТ, несмотря на продолжающееся глобальное похолодание и рост объемов ледниковых покровов. Это открытие противоречит традиционным ожиданиям, согласно которым с усилением меридиональных температурных градиентов и усилением зональных ветров, формирующих АЦТ, должна была бы последовательно увеличиваться и скорость течения. Ученые выделили характерный поворотный момент на миллионолетнем масштабе времени. В эпоху плиоцена, когда температура планеты медленно понижалась, сила АЦТ росла.
Однако с дальнейшим похолоданием в раннем плейстоцене наблюдается тенденция к снижению интенсивности течения. Этот сдвиг совпал с перестройкой климата и реорганизацией океанских и атмосферных систем Южного полушария, сопровождавшейся серьезными изменениями в конфигурации Южного океана и Штормовых западных ветров, отвечающих за основное атмосферное воздействие на АЦТ. Интересно, что сила течения находится в тесной связи с орбитальными циклами Земли, особенно с 400-тысячелетними периодами эксцентриситета орбиты, которые влияют на распределение солнечной энергии и, как следствие, на атмосферные циркуляции. Эти циклы, вероятно, модулируют изменения в струйных течениях и широтных позициях западных ветров, что отражается на скорости и направлении АЦТ. Важной особенностью исследования является выявление прочной связи между более слабыми фазами течения и периодами снижения концентрации атмосферного CO2, сопровождаемыми приятой проксимальной сменой распределения биогенного осадочного вещества – опала.
В плио-плейстоценовом периоде, особенно во время так называемого среднего плейстоценового перехода (примерно от 1,25 до 0,7 миллионов лет назад), наблюдается усиление взаимосвязи между силой течения и глобальной климатической системой. В периоды межледниковых тепловых максимумов скорость АЦТ возрастала на 50-80% по сравнению с современными значениями, что свидетельствует о более активном переносу тепла и солей в системе Южного океана. Напротив, во время ледниковых максимумов АЦТ ослаблялось, что, вероятно, способствовало усилению стратификации воды и сохранению большого объёма углекислого газа в океанских глубинах, влияя на затухание парникового эффекта и глобальное похолодание. Анализ распределения опала в осадочных слоях также свидетельствует о сдвиге фронтов АЦТ, что приводит к изменению питательной насыщенности воды и развитию биопродуктивности. Во время ледниковых периодов фронты смещались к экватору, уменьшая поток тёплой воды к антарктическим льдам и усиливая ледяной щит.
В теплые интергляциалы фронты смещались назад, способствуя активному таянию ледников и ускорению региональной циркуляции. Методология исследования включает увязку данных донных осадков с орбитальными циклами и геохимическими маркерами. При этом были использованы результаты международных экспедиций, в частности программы IODP, что позволило получить непрерывные осадочные последовательности с высокой разрешающей способностью. Такой подход позволяет лучше понять как краткосрочные, так и длительные закономерности изменений в динамике АЦТ и их причины. Одна из ключевых находок состоит в том, что несмотря на воздействие глобального похолодания, скорость и сила АЦТ не следовали простому тренду усиления, как предполагалось раньше.
Это указывает на сложный характер взаимодействия атмосферных и океанических процессов, который варьируется в зависимости от изменений в составе ледяных щитов, морской стратификации и распределении температурных градиентов по всему Южному океану и тропическим зонам. Результаты исследования имеют важное значение не только для понимания прошлого климата, но и для прогнозирования будущих изменений. Наблюдаемое современное ускорение АЦТ в ответ на антропогенное потепление сопоставимо с интергляциальными максимумами прошлого, что позволяет предположить вероятное усиление циркумполярного течения и в последующие десятилетия. Это может привести к изменениям в глобальном углеродном цикле, затрудняя океаническое поглощение диоксида углерода и способствуя ускорению глобального потепления. Поскольку АЦТ играет центральную роль в перенаправлении тепла от экваториальных регионов к полярным и воздействует на стабильность антарктических ледников, понимание его изменчивости важно для оценки будущих сценариев повышения уровня моря и климатических рисков.
Модельные симуляции должны учитывать выявленные закономерности, такие как влияние орбитальных циклов и взаимодействие между атмосферой и океаном, чтобы прогнозы были максимально точными и учитывали природные колебания. В целом, глубинный анализ пяти миллионов лет изменений АЦТ демонстрирует сложную динамику этой системы, зависящую от сочетания атмосферных, океанических и ледяных факторов. Ключевые процессы происходят не только в пределах Южного океана, но и взаимодействуют с климатическими системами низких широт, включая монсунные ветры и тропические океанические зоны. Такое взаимопереплетение масштабных систем диктует разнообразие климатических сценариев, в которых АЦТ выступает важным регулятором. Полученные знания открывают перспективы для интегрированных исследований, объединяющих палеоклиматические данные, современные наблюдения и комплексные климатические модели.
Углубленное понимание механизмов функционирования АЦТ позволит более детально предсказывать влияние антропогенных изменений на климат и морскую экосистему Южного полушария, а также глобального масштаба в целом. Итоги исследования показывают, что Антарктическое циркумполярное течение — это не статичная система, а динамичный элемент планетарного климатического баланса, глубоко чувствительный к изменениям в атмосфере, океане и к циклам Земли. Прослеживание и дальнейшее изучение этой изменчивости поможет лучше подготовиться к вызовам, связанным с изменением климата и его последствиями.
