PNAS: Время и величина обратной связи «морской лёд / углеродный цикл» в Южном океане
Во время ледниковых периодов атмосферный углерод был секвестрирован в океан, но причины возникновения этого процесса не понятны. Морской лёд Южного океана был предложен в качестве связующего звена между несколькими процессами такого секвестирования. В этом исследовании анализируется влияние морского льда Южного океана на вентиляцию океана с помощью расчёта климатической модели на 784 000 лет. Результаты показывают, что морской лёд Южного океана может значительно снизить вентиляцию океана, сокращая продолжительность действия на атмосферу поверхностных вод и уменьшая вертикальное перемешивание с глубинными слоями океана. Тесты чувствительности двух механизмов с привлечением модели углеродного цикла показывают снижение содержания CO2 в атмосфере на 40 частей на миллион - половину разницы в ледниковый и межледниковой периоды, причем стратификация океана играет ведущую роль как по величине, так и по времени.
Южный океан играл заметную роль в обмене углерода между океаном и атмосферой в ледниковые периоды, благодаря регулированию глубинной вентиляции океана. Предыдущие исследования показали, что морской лёд Южного океана может динамически связывать несколько процессов секвестирования углерода, но эти исследования опирались на модели с упрощённой динамикой океана и морского льда или на расчёты «мгновенных срезов» в моделях общей циркуляции. Авторы использовали расчёт климатической модели промежуточной сложности, охватывающий последние восемь ледниковых циклов, чтобы исследовать динамику орбитальных изменений глубинной вентиляции океана, обусловленную морским льдом Южного океана. Холодные климатические условия способствуют увеличению ледяного покрова, экспорту морского льда и образованию антарктических донных вод, что сопровождается увеличением апвеллинга Южного океана, усилением экспорта циркумполярных глубинных вод к полюсу и сокращением времени воздействия поверхностных вод на атмосферу в 10 раз. Кроме того, увеличение образования рапы вокруг Антарктиды усиливает глубинную стратификацию океана, что может снизить вертикальное перемешивание в четыре раза по сравнению с текущим климатом. Тесты на чувствительность с стационарной моделью углеродного цикла показывают, что оба этих механизма могут снизить содержание углерода в атмосфере на 40 частей на миллион, а стратификация океана действует на ранних стадиях ледникового цикла, чтобы усилить реакцию углеродного цикла.
