Климатические модели предполагают, что изменение климата может снизить способность Южного океана поглощать углекислый газ (CO₂). Однако данные наблюдений показывают, что эта способность за последние десятилетия существенно не уменьшилась.
В недавнем исследовании учёные из Института Альфреда Вегенера обнаружили причину этого явления. Воды с низкой солёностью в верхних слоях океана обычно помогают удерживать углерод в глубинах, что, в свою очередь, замедляет его выброс в атмосферу. Однако изменение климата всё сильнее влияет на Южный океан и его функцию поглотителя углерода. Исследование [опубликовано](https://www.nature.com/articles/s41558-025-02446-3) в журнале Nature Climate Change.
Океаны поглощают около четверти всех выбросов антропогенного CO₂, попадающего в атмосферу. Из этого количества один только Южный океан поглощает примерно 40%, что делает его ключевым регионом для сдерживания глобального потепления. Важная роль Южного океана обусловлена циркуляцией океана в регионе, благодаря которой водные массы поднимаются из более глубоких слоёв, обновляются и затем возвращаются на глубину. Этот процесс высвобождает естественный CO₂ из глубин океана и поглощает антропогенный CO₂ из атмосферы.
Способность Южного океана поглощать антропогенный CO₂ зависит от того, сколько природного CO₂ поднимается на поверхность из глубин океана: чем больше природного CO₂ поднимается на поверхность, тем меньше антропогенного CO₂ может поглотить Южный океан. Этот процесс контролируется циркуляцией океана и стратификацией различных водных масс.
Вода, которая поднимается из глубин в Южном океане, чрезвычайно старая — она не была на поверхности сотни или тысячи лет. Со временем она накопила большое количество CO₂, которое естественным образом возвращается на поверхность в процессе апвеллинга. Модельные исследования показывают, что усиление западных ветров, вызванное изменением климата, приведёт к тому, что всё больше и больше этой богатой CO₂ глубинной воды будет подниматься на поверхность. В долгосрочной перспективе это снизит способность Южного океана поглощать антропогенный CO₂.
Однако, вопреки прогнозам климатических моделей, данные наблюдений за последние десятилетия не показали снижения его способности поглощать CO₂. Новое исследование Института Альфреда Вегенера, Центра полярных и морских исследований Гельмгольца (AWI), теперь объясняет, почему, несмотря на усиление западных ветров, Южный океан продолжал действовать как поглотитель CO₂ в последние десятилетия и, таким образом, смог замедлить изменение климата.
«Глубокие воды в Южном океане обычно находятся ниже 200 метров, — говорит доктор Леа Оливье, океанограф AWI и ведущий автор исследования. — Они солёные, богатые питательными веществами и относительно тёплые по сравнению с водой у поверхности».
Глубокая вода содержит большое количество растворённого CO₂, который попал в глубокий океан с поверхности очень давно. В то же время приповерхностная вода менее солёная, холоднее и содержит меньше CO₂. Пока сохраняется стратификация плотности между глубокими и поверхностными водами, CO₂ из более глубоких слоёв не может легко подняться на поверхность.
«Предыдущие исследования предполагали, что глобальное изменение климата усилит западные ветры над Южным океаном, а вместе с ними и опрокидывающую циркуляцию, — говорит Оливье. — Однако это привело бы к тому, что больше богатых углеродом вод из глубин океана попало бы на поверхность, что, в свою очередь, снизило бы способность Южного океана накапливать CO₂».
Хотя усиление ветров уже наблюдалось и объяснялось антропогенными изменениями в недавних модельных и наблюдательных исследованиях, нет никаких доказательств того, что Южный океан поглощает меньше CO₂ — по крайней мере, на данный момент.
Долгосрочные наблюдения AWI и других международных исследовательских институтов показывают, что изменение климата может влиять на свойства поверхностных и глубинных водных масс.
«В нашем исследовании мы использовали набор данных, включающий биогеохимические данные из большого количества морских экспедиций в Южном океане между 1972 и 2021 годами. Мы искали долгосрочные аномалии, а также изменения как в моделях циркуляции, так и в свойствах водных масс. При этом мы учитывали только процессы, связанные с обменом между двумя водными массами, а именно циркуляцию и перемешивание, а не биологические процессы, например», — объясняет Оливье.
Солёность поверхностных вод Южного океана снизилась в результате увеличения поступления пресной воды из-за осадков и таяния ледников и морского льда. Это «опреснение» усиливает стратификацию плотности между двумя водными массами, что, в свою очередь, удерживает богатую CO₂ глубинную воду в нижнем слое и предотвращает её прорыв через барьер между двумя слоями.
«Наше исследование показывает, что эта более пресная поверхностная вода временно компенсировала ослабление поглотителя углерода в Южном океане, как это предсказывали модельные симуляции. Однако эта ситуация может измениться, если стратификация ослабнет», — резюмирует Оливье.
Существует риск того, что это произойдёт, поскольку усиление западных ветров приближает глубинные воды всё ближе к поверхности. С 1990-х годов верхняя граница глубинной водной массы сместилась примерно на 40 метров ближе к поверхности, где богатая CO₂ вода всё чаще заменяет малосолёную зимнюю поверхностную воду. По мере того как переходной слой между поверхностными и глубинными водами приближается к поверхности, он становится более восприимчивым к перемешиванию, которое может быть в первую очередь вызвано усилением западных ветров. Такое перемешивание высвободило бы CO₂, который накапливался под слоем поверхностной воды.
Недавно опубликованное исследование предполагает, что этот процесс, возможно, уже начался. Результатом может стать то, что больше богатой CO₂ глубинной воды достигнет поверхности, что, в свою очередь, снизит способность Южного океана поглощать антропогенный CO₂ и, следовательно, будет способствовать дальнейшему изменению климата.
«Больше всего меня удивило то, что мы нашли ответ на наш вопрос под поверхностью. Нам нужно смотреть не только на поверхность океана, иначе мы рискуем упустить ключевую часть истории», — говорит Оливье.
«Чтобы подтвердить, был ли в последние годы выброс большего количества CO₂ из глубин океана, нам нужны дополнительные данные, особенно за зимние месяцы, когда водные массы имеют тенденцию смешиваться», — объясняет профессор Александр Хауманн, соавтор исследования. «В ближайшие годы AWI планирует тщательно изучить эти процессы в рамках международной программы Antarctica InSync и лучше понять влияние изменения климата на Южный океан и потенциальные взаимодействия».
Предоставлено Институтом Альфреда Вегенера