Суперштормы, резкие изменения климата и Нью-Йорк, вмёрзший в лёд. Именно так в голливудском фильме-блокбастере «Послезавтра» было показано резкое прекращение циркуляции Атлантического океана и катастрофические последствия этого.
Хотя голливудское изображение последствий было преувеличенным, фильм 2004 года поднял серьёзный вопрос: если глобальное потепление остановит меридиональную циркуляцию Атлантического океана, которая имеет решающее значение для переноса тепла из тропиков в северные широты, насколько резкими и серьёзными будут климатические изменения?
Спустя 20 лет после выхода фильма мы знаем гораздо больше о циркуляции Атлантического океана. Приборы, установленные в океане с 2004 года, показывают, что за последние два десятилетия циркуляция Атлантического океана заметно замедлилась, возможно, до самого слабого состояния за почти тысячелетие. Исследования также показывают, что в прошлом циркуляция достигла опасного переломного момента, который привёл её к стремительному и неостановимому падению, и что она может снова достичь этого переломного момента по мере потепления планеты и таяния ледников и ледяных щитов.
В новом исследовании, проведённом с использованием последнего поколения климатических моделей Земли, мы смоделировали поток пресной воды до тех пор, пока океаническая циркуляция не достигнет этой критической точки.
Результаты показали, что циркуляция может полностью прекратиться в течение столетия после достижения переломного момента, и что она движется именно в этом направлении. Если это произойдёт, средняя температура в Северной Америке, некоторых частях Азии и Европы упадёт на несколько градусов, и люди почувствуют серьёзные и каскадные последствия этого по всему миру.
Мы также обнаружили физический сигнал раннего предупреждения, который сможет оповестить весь мир о том, что циркуляция Атлантического океана приближается к переломному моменту.
Океанский конвейер
Океанские течения движутся под действием ветров, приливов и отливов и разницы в плотности воды.
В циркуляции Атлантического океана относительно тёплая и солёная поверхностная вода вблизи экватора течёт в сторону Гренландии. На своём пути она пересекает Карибское море, закругляется в Мексиканском заливе, а затем течёт вдоль Восточного побережья США, прежде чем пересечь Атлантику.
Это течение, также известное как Гольфстрим, приносит тепло в Европу. По мере того как оно течёт на север и охлаждается, водная масса становится тяжелее. К тому времени, когда она достигает Гренландии, она начинает опускаться и течь на юг. Опускание воды вблизи Гренландии втягивает воду из других частей Атлантического океана, и цикл повторяется, работая как конвейерная лента.
Слишком много пресной воды из тающих ледников и гренландского ледяного щита может разбавить солёность воды, препятствуя её опусканию, и ослабить этот океанский конвейер. Ослабленный конвейер будет переносить меньше тепла на север и позволит меньшему количеству тяжёлой воды достигать Гренландии, что ещё больше замедлит его работу. Достигнув переломного момента, он быстро остановится.
Что происходит с климатом в переломный момент?
Впервые существование переломного момента было замечено в слишком упрощённой модели циркуляции Атлантического океана в начале 1960-х годов. Современные более детальные климатические модели указывают на продолжающееся уменьшение мощности конвейерной ленты в условиях изменения климата. Однако резкое прекращение циркуляции Атлантического океана в этих климатических моделях, по-видимому, не наблюдается.
Именно в этом и заключается суть нашего исследования. Мы провели эксперимент с подробной климатической моделью, чтобы найти критическую точку для резкой остановки конвейера путём медленного увеличения поступления пресной воды.
Мы обнаружили, что после достижения критической точки конвейер останавливается в течение 100 лет. Перенос тепла на север сильно сокращается, что приводит к резким климатическим сдвигам.
Результат: Опасный холод на севере
Регионы, находящиеся под влиянием Гольфстрима, получают значительно меньше тепла, когда циркуляция прекращается. Это охлаждает североамериканский и европейский континенты на несколько градусов.
Европейский климат подвержен влиянию Гольфстрима гораздо больше, чем другие регионы. В нашем эксперименте это означало, что отдельные части континента охлаждались более чем на 3 градуса по Цельсию за десятилетие — гораздо быстрее, чем идёт современное глобальное потепление, составляющее около 0,2 градуса по Цельсию за десятилетие. Мы обнаружили, что в некоторых районах Норвегии температура упадёт более чем на 20° C. С другой стороны, регионы Южного полушария потеплеют на несколько градусов.
Эти изменения температуры развиваются в течение примерно 100 лет. Это может показаться долгим сроком, но в типичных климатических временных шкалах он является резким.
Отключение конвейера также повлияет на уровень моря и количество осадков, что может подтолкнуть другие экосистемы к переломным точкам. Например, тропические леса Амазонки уязвимы к уменьшению количества осадков. Если лесная экосистема превратится в пастбищную, это приведёт к выбросу углерода в атмосферу и потере ценного поглотителя углерода, что ещё больше ускорит изменение климата.
В далёком прошлом циркуляция Атлантического океана значительно замедлялась. В ледниковые периоды, когда таяли ледяные щиты, покрывавшие значительную часть планеты, приток пресной воды замедлял атлантическую циркуляцию, что приводило к огромным колебаниям климата.
Когда же мы увидим этот переломный момент?
Главный вопрос — когда атлантическая циркуляция достигнет переломного момента — остаётся без ответа. Наблюдения ведутся недостаточно давно, чтобы дать однозначный ответ. Хотя в одном из недавних исследований было высказано предположение, что конвейер быстро приближается к своей критической точке, возможно, уже через несколько лет, в этих статистических анализах было сделано несколько предположений, которые порождают неопределённость.
Вместо этого нам удалось разработать физически обоснованный и наблюдаемый сигнал раннего предупреждения, связанный с переносом солёности на южной границе Атлантического океана. Как только порог будет достигнут, переломный момент, вероятно, последует через одно — четыре десятилетия.
Климатические последствия нашего исследования подчёркивают серьёзность такого резкого срыва конвейера. Изменения температуры, уровня моря и осадков серьёзно повлияют на общество, и климатические сдвиги невозможно остановить в масштабах человеческого времени.
Может показаться нелогичным беспокоиться об экстремальных холодах в условиях потепления на планете, но риск остановки основной циркуляции Атлантического океана из-за слишком большого количества талой воды всё же существует.
