Океан – це не просто безмежний простір води, а жива, динамічна система, що постійно змінюється, дихає, рухається і зараз слабшає у критично важливих аспектах. Атлантична меридіональна циркуляція (AMOC), гігантська конвеєрна стрічка теплої та холодної води, регулює погодні умови, стабілізує температури та навіть впливає на рівень опадів у віддалених частинах світу. Але зараз ця система океанських течій в Атлантичному океані слабшає та сповільнюється. Це може мати катастрофічні наслідки.

Тонка рівновага кліматичної системи

AMOC діє як природний регулятор клімату Землі. Вона переносить теплу воду з тропіків до Європи, завдяки чому зими там м’якші, ніж могли б бути. У той же час холодна вода рухається на південь, підтримуючи баланс температур. Ця система існує тисячоліттями, була потужною та стабільною — до останнього часу.

Тривожні ознаки ослаблення течій

Вчені спостерігають аномальну зону охолодження в Північній Атлантиці, яку називають «холодною плямою». Це несподівано, оскільки загальне потепління планети мало б спричинити підвищення температур океану, а не її зниження. Це охолодження пов’язане з ослабленням Гольфстріму — ключового елемента AMOC. Гольфстрім зазвичай переносить теплу воду на північ, але якщо він сповільнюється, менше теплої води досягає регіону, що викликає аномальне охолодження. Порушення циркуляції впливає не тільки на океан: воно змінює напрямки вітрів, режим опадів та робить екстремальні погодні явища, такі як шторми, посухи та теплові хвилі, більш частими й потужними.

Економічна ціна ослаблення AMOC

Команда дослідників з Гамбурзького університету (CLICCS) та Інституту метеорології Макса Планка вивчила потенційні наслідки цієї тенденції. Їхній висновок: економічні збитки від ослаблення AMOC можуть сягнути трильйонів євро до кінця століття. Це не просто зміна температури океану. Сповільнення AMOC означає сильніші теплові хвилі, довші періоди посухи, потужніші шторми. Інфраструктура буде руйнуватися, продовольчі системи зазнають навантаження, а страхові витрати зростуть до небачених рівнів.

Причини ослаблення океанських течій

Робота AMOC залежить від занурення щільної, солоної води в Північній Атлантиці. Але через танення арктичного льоду в океан потрапляють величезні об’єми прісної води. Це знижує рівень солоності, робить воду менш щільною, і процес занурення сповільнюється, що гальмує циркуляцію. Крім того, зменшення занурення води означає, що менше вуглекислого газу поглинається океаном, залишаючи його в атмосфері. Це ще більше посилює глобальне потепління.

Помилкові припущення та їхня ціна

Раніше деякі моделі передбачали, що ослаблення AMOC може навіть охолоджувати Північну півкулю, компенсуючи глобальне потепління. Це припущення виявилося помилковим.

«Наші результати свідчать, що попередні дослідження недооцінювали економічні наслідки ослаблення AMOC», — зазначає Фелікс Шауманн, кліматичний економіст та співавтор дослідження.

Іншими словами, те, що здавалося можливим пом’якшенням наслідків глобального потепління, насправді є ще однією загрозою.

Наслідки для екосистем

Ослаблення AMOC впливає не лише на температури. Воно порушує всю екосистему.

• Промислове рибальство, яке залежить від прогнозованих океанських течій, може зазнати краху.
• Сільськогосподарські культури, які розраховують на стабільні опади, можуть постраждати від посух.
• Прибережні міста зіткнуться з підвищенням рівня моря.
• Урагани стануть потужнішими та менш передбачуваними.

Кожен із цих факторів посилює наступний, створюючи ланцюгову реакцію економічних і природних катастроф.

Необхідні заходи

Швидке скорочення викидів вуглецю є першочерговим завданням. Інвестування в відновлювану енергетику, зміцнення берегових захисних споруд та підвищення кліматичної стійкості регіонів, що перебувають під загрозою, стають не просто бажаними, а необхідними кроками. AMOC існувала тисячі років, формуючи наш клімат. Якщо вона ослабне, наслідки відчуватимуться у всьому світі. Питання в тому, чи ми зможемо вжити заходів, перш ніж стане занадто пізно. Дослідження опубліковане в журналі Proceedings of the National Academy of Sciences.

Кліматична система Землі дуже складна, її ключові компоненти — океан, атмосфера та рослинність — тісно взаємопов’язані. Зміни в одному елементі можуть викликати масштабні наслідки по всій системі. Хоча ці компоненти демонструють певну стійкість і можуть поглинати певні коливання, дослідження клімату та системи Землі свідчать про існування критичних точок перелому. Якщо ці пороги перетнуть, кліматична система може швидко перейти в інший стан.

Вважається, що переломні точки в кліматичній системі взаємодіють, потенційно викликаючи каскадні ефекти. Двома значними глобальними переломними точками є тропічні ліси Амазонки та Атлантична меридіональна обертальна циркуляція (AMOC). Триваюче глобальне потепління може суттєво послабити AMOC, порушивши океанічний конвеєр, який транспортує теплу воду до північних широт. Це змінило б розподіл температури в Атлантиці, що, своєю чергою, могло б вплинути на регіон Амазонки. Зміни температури в Атлантиці вплинуть на кругообіг атмосферної води, що призведе до змін у режимі опадів, що може ще більше дестабілізувати екосистему тропічного лісу.

Аналіз залишкового пилку та вуглецю

Яким саме чином AMOC і Амазонка взаємопов’язані як системи, і як морська циркуляція впливає на регіон Амазонки, ще не було широко досліджено. Група дослідників під керівництвом доктора Томаса Акабане та професора доктора Крістіано К’єссі з Університету Сан-Паулу проаналізувала зміни в рослинності регіону Амазонки. Разом зі своєю міжнародною командою вони проаналізували залишки пилку та вуглецю за останні 25 000 років у керні морських відкладень, взятих із гирла річки Амазонки.

Цей аналіз дає команді детальний погляд на минуле однієї з найбільш багатих на види екосистем на Землі. Дані показують, як змінилася рослинність разом із вологими та сухими періодами під час кліматичних подій останнього льодовикового періоду, які називаються подіями Генріха, коли AMOC був різко ослаблений. Дослідники виявили, зокрема, різке скорочення рослинності тропічних лісів у північній частині регіону Амазонки.

Тісний зв’язок між атлантичною циркуляцією та екосистемою Амазонки

«Дослідження є результатом довгострокового німецько-бразильського спільного проекту, який розпочався в 2012 році спільною експедицією дослідницького судна MARIA S. MERIAN в естуарній зоні Амазонки. Наші дані показують, що в минулому екосистема Амазонки змогла адаптуватися до змін у моделях опадів, які були результатом ослаблення циркуляції в Атлантиці. Але послаблення AMOC у майбутньому, яке станеться одночасно зі збільшенням вирубки лісів, може загрожувати стабільності цієї важливої ​​глобальної системи», — каже доктор Стефан Муліца з MARUM.

Подальші дослідження з використанням кліматичних і рослинних моделей показують, що ослаблення AMOC за сучасних умов матиме вплив на рослинність Амазонки, подібний до того, який він мав під час минулого льодовикового періоду. «Моделі показали нам, що AMOC не обов’язково повністю руйнується, щоб мати вплив на тропічний ліс. Північні райони регіону Амазонки зазнають значного впливу лише через помірні зміни в AMOC», – пояснює доктор Матіас Пранге з MARUM.

Результати показують, наскільки складною є глобальна система. «Рушійні процеси у високих широтах, такі як танення гренландського льоду, можуть мати істотний вплив на тропіки. Такі віддалені впливи часто мають серйозні регіональні наслідки, дуже часто для людей, які лише мінімально відповідальні за спричинення зміни клімату», – додає професор д-р Герріт Ломанн з AWI.

Неочікуване відкриття того, що один із найлегших елементів у Всесвіті може зв’язуватися з залізом під високим тиском, утворюючи залізний гелідід, означає, що ми могли неправильно розуміти хімічний склад найглибших надр нашої планети.

Це відкриття свідчить про можливість змішування гелію з ядром Землі, де залізо перебуває в найбільш стисненому стані. Насправді, згідно з дослідженням групи фізиків під керівництвом Харукі Такедзави з Токійського університету, щільне залізне ядро нашої планети може приховувати величезний резервуар первісного гелію.

На Землі гелій існує у двох стабільних ізотопах. Найпоширенішим є гелій-4, ядро якого складається з двох протонів і двох нейтронів. Гелій-4 становить приблизно 99,99986% усього гелію на нашій планеті. Інший стабільний ізотоп, гелій-3, який містить два протони та один нейтрон, становить лише 0,000137% земного гелію.

Шокуюче відкриття гелію може змінити уявлення про формування Землі

Гелій-4 переважно є продуктом радіоактивного розпаду урану та торію, що відбувається на Землі. Натомість гелій-3 здебільшого є первісним і сформувався ще в момент Великого вибуху. Деяка його частина також утворюється внаслідок радіоактивного розпаду тритію (ізотопу водню-3). Цікаво, що під час вивержень вулканів у викидах газів виявляються невеликі кількості гелію-3. Це дало вченим підстави припустити, що у мантії Землі може бути запас первісного гелію, який потрапив туди ще з сонячної туманності, з якої сформувалася наша планета.

Однак дослідження Такедзави та його колег вказує на альтернативне джерело.

«Я багато років досліджую геологічні та хімічні процеси, що відбуваються в надрах Землі. Оскільки в цих умовах панують надзвичайно високі температури і тиск, експерименти повинні імітувати такі екстремальні параметри. Для цього ми використовуємо алмазну ковадлу, нагріту лазером, щоб створити необхідний тиск і перевірити результати», – пояснює фізик Кей Хіросе з Токійського університету, у лабораторії якого проводилися експерименти.

«У цьому випадку ми стиснули залізо та гелій під тиском від 5 до 55 гігапаскалів та температурах від 1000 до майже 3000 кельвінів. Це відповідає тиску, що у 50 000–550 000 разів перевищує атмосферний, а при найвищих температурах можна навіть розплавити іридій – метал, який використовується в автомобільних свічках запалювання через його високу термостійкість».

Гелій-3 у ядрі?

Попередні дослідження показали, що гелій здатний зв’язуватися із залізом у слідових кількостях — у співвідношенні кілька частин гелію на мільйон частин заліза. Однак у своїх експериментах Такедзава та його колеги зафіксували набагато вищий рівень – до 3,3% гелію по відношенню до заліза. Це майже в 5000 разів більше, ніж повідомлялося раніше. Вчені пояснюють цей результат особливостями їхньої методики.

«Гелій дуже легко випаровується в звичайних умовах – кожен бачив, як здувається повітряна куля. Тому нам потрібно було знайти спосіб уникнути втрат гелію під час вимірювань», – розповідає Хіросе.

«Ми синтезували матеріали при високих температурах, але вимірювання проводили при наднизьких – кріогенних – температурах. Це дозволило утримати гелій у зразках і зафіксувати його присутність у залізі».

Наслідки для науки

Ці результати свідчать, що, хоча гелій зазвичай хімічно інертний, за екстремальних умов він може взаємодіяти з іншими елементами. Це може означати, що первісний гелій поглинався залізом під час формування Землі і був «ув’язнений» у її ядрі під час диференціації планети. А отже, подібні процеси могли відбутися і в ядрах Місяця та Марса.

Якщо це так, то, можливо, первісний гелій у газах вулканів походить не з мантії, а безпосередньо з ядра Землі. До того ж гелій – не єдиний елемент із первісними ізотопами. Наприклад, водень також має первісну форму. Це означає, що якщо під час формування Землі в її ядрі був присутній гелій, то, ймовірно, був і водень. А це могло сприяти появі перших водних резервуарів на нашій планеті.

Подальші дослідження мають уточнити ці гіпотези.

Перспективи

Дослідники сподіваються продовжити вивчення цих процесів, щоб визначити точний механізм накопичення первісного гелію в ядрі Землі.

«Якщо ми зможемо краще зрозуміти, як ці процеси працювали в минулому, це може допомогти нам розкрити більше таємниць формування планет, а також їхнього подальшого розвитку», – зазначає Такедзава.

Майбутні дослідження можуть також перевірити, чи можна використовувати деякі з білків або механізмів утворення стародавніх структур у лікуванні захворювань суглобів та регенеративній медицині. Дослідження опубліковано в журналі Physical Review Letters.