Впечатляющая аномалия холодной воды в Северной Атлантике под названием «Холодная капля», вероятно, вызвана ослаблением атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции, также известной как AMOC. Новые данные показали, что холодная капля, влияющая на температуру воздуха в этой важной области Земли, в настоящее время замедляет таяние арктических ледников.
ХОЛОДНАЯ КАПЛЯ
Холодное пятно в Северной Атлантике представляет собой сохранение субполярной аномалии охлаждения в океанских водах в этом районе, что является одной из многих характерных особенностей тенденции глобального потепления. Проще говоря, эта холодная капля означает, что часть мира смогла «сопротивляться» глобальному потеплению, вероятно, из-за ослабления атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) за последнее столетие.
Это то, что предсказывалось моделированием, и представляет тот же регион мира, который продемонстрировал наибольшую реакцию охлаждения на ослабление AMOC. Но почему там эта холодная капля? Что такое AMOC и почему он так важен для климатической системы Земли?
AMOC, ГОЛЬФФТРИМ И ХОЛОДНЫЙ КУЗОВ В СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИКЕ
В климатической системе нашей планеты атлантическая меридиональная опрокидывающая циркуляция играет важную роль в регулировании теплового потока и определении того, как меняется и меняется климат. Как чувствительная нелинейная система, AMOC зависит от тонких различий в температуре и солености, называемых термохалинными переменными, которые влияют на плотность в океане. Это один из важнейших параметров, регулирующих климатические переходы в прошлом, особенно во время древних ледниковых циклов и в настоящее время.
Проще говоря, AMOC (изображение ниже) несет теплую воду на север и отправляет холодную воду обратно на юг глубоко под поверхность. Вот почему Лабрадор намного холоднее, чем Ирландия, а западное побережье Норвегии намного мягче, чем восточное побережье Гренландии.
На изображении ниже видно, как теплая вода из Гольфстрима покидает побережье Северной Америки и течет на восток через Атлантику в Североатлантическом течении, пересекая Атлантику, как раз там, где недавно образовалась холодная капля. В результате теплой воды тепло выделяется в воздух наверху. Западная Европа получает теплый атлантический воздух благодаря преобладающим западным ветрам, дующим с широт между 40° и 60° северной широты. В результате на северо-западе Европы круглый год мягкая зима.
Хотя вода по пути остывает, остается достаточно тепла, чтобы согреть атлантический сектор Северного Ледовитого океана и восточную часть Баренцева моря. Зимой теплая атлантическая вода также предохраняет российский арктический порт Мурманск от оледенения, в то время как на Балтийском море около Санкт-Петербурга лед покрывает порт примерно на месяц в году.
Многочисленные исследования связывают переходы AMOC с крупными событиями последнего ледникового периода. Например, фазовые переходы после события «Последний ледниковый максимум», которое произошло во время последнего ледникового периода примерно 20 тысяч лет назад, также были вызваны тонкими термохалинными различиями плотности в океане.
Непрерывные прямые измерения AMOC начались только в 2004 году, когда первая группа причалов была развернута через Атлантику от Флориды до Марокко. Это было частью первого развертывания огромного международного проекта под названием RAPID-AMOC. Поскольку прямые измерения начались всего несколько лет назад, долгосрочные реконструкции необходимо делать с использованием косвенных данных.
Прокси-данные — это способ сохранения физических характеристик среды, который можно использовать вместо прямых измерений. Палеоклиматологи используют многие естественные регистраторы изменчивости климата, такие как ледяные керны, кораллы, пыльца, годичные кольца деревьев, пещеры, отложения вьючных крыс, океанские отложения и озерные отложения в качестве исторических данных.
На изображении выше мы видим реконструированную температурную кривую для голоцена, т. е. последних 11,7 тысяч лет климата Земли, полученную по ледяным кернам в Гренландии.
Тем не менее, благодаря проекту RAPID за последние несколько лет было проведено невероятное количество исследований и наблюдений, которые дали климатологам и океанологам удивительные результаты и произвели революцию в понимании АМОК, пытающихся понять, почему образовалась эта холодная капля.
Название проекта RAPID означает «Быстрое изменение климата». Быстрое изменение климата привлекло внимание общественности в результате двух событий, произошедших в 2004 году.
Во-первых, это был отчет, написанный министерством обороны для Пентагона о влиянии «резкого изменения климата» на национальную безопасность Соединенных Штатов. Во-вторых, в фильме «Послезавтра» показано внезапное начало ледникового периода, когда АМОК резко остановился, а «великий океанский конвейер» остановился.
Одной из основных характеристик AMOC является поток теплой воды в поверхностном океане, который выталкивается на север, и поток более холодной воды в глубоком океане, который выталкивается на юг. Когда эта теплая соленая вода течет на север, она отдает тепло в атмосферу, что одновременно приводит к увеличению плотности.
На изображении выше мы видим массив RAPID через Атлантику на 26 градусах северной широты. Причалы непрерывно измеряют температуру и соленость от морского дна до нескольких метров от поверхности. На основе этой информации можно рассчитать профили плотности от поверхности до дна и использовать их для расчета трансатлантических градиентов давления на основе профилей плотности от поверхности до дна.
На востоке США течение Гольфстрим, огибающее континентальный шельф, в основном отвечает за течение на север на поверхности. Используя подводные телефонные кабели, Атлантическая океанографическая и метеорологическая лаборатория NOAA в Майами контролирует течение Флоридского пролива, измеряя течение воды.
В какой-то момент он становится достаточно плотным, чтобы тонуть, и по мере погружения течет обратно на юг на большой глубине, в основном в Глубоком западном пограничном течении на глубине от 3000 до 5000 метров. В результате высокоширотная Атлантика получает тепло из тропиков, направляя его через эту вертикальную опрокидывающую циркуляцию. В этой области образовалась холодная капля.
Более раннее моделирование климата на изображении выше, выполненное до запуска программы RAPID, показало, что, если AMOC закроется, зимние температуры в северо-западной Европе могут упасть на целых 4°C всего за 10 лет.
Если AMOC достигнет критической точки, на восстановление может уйти 100 лет или даже больше. Это означает, что климат резко изменится на обширных территориях Европы и Северной Америки, став более прохладным.
Может показаться парадоксальным, что глобальное потепление может быть фактором охлаждения Западной Европы. Объяснение этому можно найти в тонком балансе между температурой и соленостью, который определяет вертикальное течение воды в Атлантическом океане.
Когда мир вышел из последнего ледникового периода, был период, когда такие перепады температуры происходили внезапно. Это самое последнее событие произошло примерно 8200 лет назад, когда талая вода Лаврентьевского ледяного щита в Северной Америке затопила Северную Атлантику. На изображении выше снова показан температурный график голоцена в Гренландии, подчеркивающий быстрое изменение климата, которое произошло 8 200 лет назад.
В Североатлантическом регионе доказательства повсеместного похолодания были обнаружены в ледяных кернах из Гренландии, озерных отложениях, торфяных болотах и образованиях — все это свидетельствует об этом событии. Также можно найти несколько датированных ледниковых морен, связанных с этим событием в Альпах. Согласно палеохронике, был период чрезвычайно быстрого охлаждения продолжительностью около 10-20 лет, за которым последовало гораздо более медленное восстановление. Все событие длилось около 100-160 лет.
Выше мы объясняли, что по мере того, как соленая вода Гольфстрима охлаждается в высоких широтах, она становится более плотной, чем глубокие воды внизу, и тонет. В частности, формирование глубоководной части Северной Атлантики и ее возвращение на юг являются двумя ключевыми факторами, определяющими систему AMOC.
На изображении выше, сделанном Андреем Флисом, показана скорость течений на поверхности океана, где выделяется Гольфстрим, и его можно увидеть в его самой грубой форме и форме. Если вы хотите узнать больше о Гольфстриме, вы можете прочитать об этом на Learnweather.
На приведенной выше карте показаны контуры североатлантической части АМОЦ, частью которой является Гольфстрим. Четыре континента испытывают на себе влияние Гольфстрима. Течение, движущееся на запад от побережья Африки, оказывает значительное влияние на погодные условия во всем мире, от Каракаса до Майами и, в конечном итоге, в Европе. По мере того, как более теплая вода омывает континенты, она постепенно превращается в более холодную воду дальше на север, продвигаясь к Арктике.
Перед тем как свернуть к Британским островам, Гольфстрим несет тепло Карибского моря мимо мыса Гаттерас, Северная Каролина.
Через Северную Атлантику одно из рукавов Гольфстрима впадает в Исландию, перенося огромное количество тепла далеко на север. По одной оценке, это в 78 000 раз превышает количество тепла, которое Скандинавия использует ежедневно. Многие ученые-исследователи считают, что большая часть мира могла бы казаться совсем другой, если бы не было такого течения, как этот — тепловой насос в глобальном масштабе.
Причиной для беспокойства является то, что температура океана к юго-востоку от Гренландии в последние несколько лет постепенно снижалась, несмотря на рекордно высокие глобальные температуры. Национальное управление океанических и атмосферных исследований предоставило температурные карты, показывающие постоянное снижение температуры в регионе, известном как море Ирмингера, расположенном к северу от Полярного круга, и вокруг него.
Это наблюдение сочетается с недавними исследованиями, предполагающими замедление AMOC в океане. Эта обширная и очевидная аномалия называется холодным пятном. На изображении выше вы можете увидеть тренд температуры поверхности моря с 1993 по 2018 год. В то время как Атлантика и Средиземное море нагреваются; море Ирмингера остывает. Вместо этого на изображении ниже мы можем видеть линейный тренд температуры за столетие в градусах Цельсия, согласно недавней научной публикации Стефана Рамсторфа и других.
Холодная капля может указывать на то, что меньше теплой воды и меньше общего тепла, как правило, продвигаются на север из-за последствий глобального потепления. Это развитие уже давно предсказывалось в результате глобального потепления.
Если поверхностные воды в Северной Атлантике станут менее солеными, вероятно, они больше не станут достаточно плотными, чтобы утонуть, независимо от того, насколько сильно они остынут. Формирование Североатлантического глубоководья прекратится. В результате перенос тепла океаном к полюсу и поток мягкого атлантического воздуха через Западную Европу также вызовут там быстрое падение температуры, в основном в зимнее время.
Североатлантическое глубоководное образование происходит между Гренландией, Исландией и Норвегией из-за охлаждения и опускания теплой соленой воды из системы Гольфстрима, когда она проходит через северные моря. На изображении выше мы видим, как Североатлантическое дрейфовое течение отделяется от Североатлантического течения и несет воды Гольфстрима на север к югу от Исландии (1b на изображении выше) и мимо Шотландии в северные моря (1a).
Эта теплая вода продолжается на север в виде Норвежского течения (2), которое разделяется на два потока, достигая Арктики. Нордкапское течение (3) впадает в Баренцево море и прогревает западные районы российской Арктики. Западно-Шпицбергенское течение (4а) входит в Северный Ледовитый океан через пролив Фрама между Гренландией и Шпицбергеном, а затем проходит через Шотландию в северные моря (1а).
Восточно-Гренландское течение (на изображении выше и под номером 5 на изображении ниже) течет на юг через пролив Фрама в виде холодных полярных поверхностных вод. Смешиваясь с более теплой атлантической водой, эта вода проходит вокруг южной оконечности Гренландии и впадает в Лабрадорское море, называемое Западно-Гренландским течением (6 ниже), когда входит в Лабрадорское море.
В центральных северных морях тает полярный лед, и эти полярные воды смешиваются с теплой соленой атлантической водой. В результате тепла, выделяемого атлантической водой, нагревается и воздух над ней. Поверхностная вода становится более плотной из-за этого процесса смешивания и охлаждения, поэтому она становится достаточно плотной, чтобы утонуть после того, как станет достаточно «тяжелой».
Неглубокий хребет отделяет Северные моря от основного Атлантического бассейна, простирающегося от Гренландии до Шотландии. Есть три основных маршрута, по которым Североатлантические глубоководные течения проходят через этот хребет. Это Датский пролив (см. 9) глубиной 600 м и относительной шириной, а также широкий мелководный (300–500 м) Шетландско-Фарерский хребет (10). И узкий и более глубокий (1000м) Шотландский Фарерский канал (11).
Скандинавская переливная вода с Гренландско-Исландско-Шотландского хребта смешивается с атлантическими промежуточными водами, стекающими по склону с этого хребта. Это то, что образует Североатлантические глубинные воды (NADW), морские воды, которые текут на юг на глубинах от 3000 до 5000 метров, в основном вдоль западного края Атлантического бассейна (12).
В недавней статье, написанной двумя ведущими авторами, Стефаном Рамсторфом и Майклом Манном, предполагается, что с 1975 года в Северном полушарии произошло «беспрецедентное» замедление опрокидывающей циркуляции полушария, которое, по-видимому, было вызвано глобальным потеплением.
В своей статье они утверждали, что в этом широком регионе существует долгосрочная тенденция к похолоданию, не зависящая от каких-либо краткосрочных изменений атмосферной циркуляции, но зависящая от океанических процессов. Точно так же они также предположили, что холодная капля может быть истолкована как индикатор того, что эта тенденция растет.
На этом изображении, которое вы можете просмотреть ниже, показана серия наборов данных, взятых из разных областей Североатлантического региона или вокруг него. Каждый из них показывает свою реконструкцию силы AMOC. В результате все они подтверждают, что AMOC действительно ослабевает либо из-за океанских, либо из-за наземных данных, как предполагают исследователи.
Это видно, если посмотреть на наблюдаемый и прогнозируемый индекс AMOC 1850-2100 ниже, который следует отрицательному тренду.
КАК РЕАГИРУЮТ ЛЕДНИКИ СЕВЕРНОЙ АТЛАНТИИ
Существует много свидетельств того, как ледники вокруг северной части Атлантического океана реагируют на холодную каплю и атмосферные условия в масштабе нескольких десятилетий. Все мы знаем, что из-за потепления климата ледники и ледяные щиты по всему миру постоянно тают и сокращаются ускоренными темпами.
Имеются убедительные доказательства этого в 1930–1950-х годах для Исландии, восточного побережья Гренландии, Шпицбергена и Хардангерькулена в Норвегии, где наблюдался отрицательный баланс массы и значительное отступление ледников. Недавние исследования показали, что океан вокруг Исландии нагрелся после 1995 года, что коррелирует с увеличением потери массы, вызванной глобальным потеплением как в Исландии, так и в Норвегии с 1995 года.
Это увеличивает расход пресной воды. За последние три десятилетия произошло ускоренное высвобождение пресной воды из арктического морского льда и Гренландского ледникового щита, что, вероятно, привело к похолоданию и опреснению субполярного арктического региона Северной Атлантики.
Точно так же ледники Шпицбергена (изображение выше) также изменились с положительного на отрицательный режим примерно в 1990 году. Но после 2010 года более прохладные океанические условия привели к снижению температуры атмосферы, поэтому Исландия и Норвегия смогли уменьшить свою потерянную массу. Кроме того, в Гренландии потеря массы замедлилась после рекордной потери массы в 2012 году.
Это видно на изображении ниже. В течение последних 20 лет наблюдается довольно непрерывная потеря льда с ледников в Северной Гренландии и Северо-Западной Гренландии. С другой стороны, Юго-Восточная Гренландия и Юго-Западная Гренландия испытывают замедление таяния, наряду с Северо-Восточной Гренландией, которая за последние пять лет достигла чего-то близкого к нулевому чистому балансу массы. Несмотря на это, если мы посмотрим на общий вклад ледяного щита, мы увидим, что потеря льда постоянна с течением времени.
Недавнее исследование в Исландии подсчитало, что с момента окончания малого ледникового периода в 1890 году общая масса ледников и ледяных шапок изменилась примерно на 540 гигатонн (в среднем около 4,2 гигатонн в год), или на 16,4%. Потеря массы, составляющая более половины общей суммы, приходится на период с 1994/95 г. (240 гигатонн), что соответствует в среднем 9,6 гигатоннам в год.
Самая быстрая потеря наблюдается с 1994/95 по 2009/10 годы (скорость изменения массы -11,6 гигатонн в год). С 2010 года скорость потери массы в среднем была примерно на 50% ниже, за исключением 2018/19 года, когда наблюдалась одна из самых высоких годовых потерь массы. На изображении ниже массовые изменения всех ледников Исландии.
Мы видели, как впечатляющая аномалия холодного пятна в Северной Атлантике говорит нам, что природа реагирует на глобальное потепление. Ледники также реагируют на эту аномалию океана, замедляя таяние в некоторых частях Гренландии, Исландии и Норвегии.
Мы не знаем, может ли все это быть признаком надвигающегося внезапного отключения AMOC или это просто пример естественной изменчивости климата под влиянием местной погоды и ветров, как недавно предложила альтернативная и не менее авторитетная интерпретация.
Наше понимание изменения климата зависит от понимания того, что произошло в прошлом и что может произойти в будущем с термохалинной циркуляцией океана.
No comments:
Post a Comment