Ученые из Балтийского федерального университета имени И. Канта и Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН совместно с немецкими коллегами из Кильского университета описали изменения условий в придонных водах Атлантики за последние 500 тысяч лет, изучив состав раковин одноклеточных существ — фораминифер — в донных отложениях.
Между океанами и атмосферой постоянно происходит обмен теплом и газами, в том числе CO2, который относится к парниковым. Циркуляция вод — морские течения и взаимные перемещения глубинных и поверхностных слоев разной температуры и солености — тесным образом связана с глобальным климатом Земли. Потоки углекислого газа на границе «океан — атмосфера» контролируются такими параметрами, как уровень солнечной энергии, обмен тепла, фотосинтез, дыхание, формирование карбонатных раковин и кораллов и др.
Экваториальная Атлантика — одна из наиболее важных областей океана, поскольку участвует в перераспределении тепла из низких широт в высокие. В настоящее время северная часть экваториальной области демонстрирует самые высокие температуры поверхностных вод в Атлантическом океане, что связано с положением так называемой внутритропической зоны конвергенции — области, которая влияет на тепловой баланс в более высоких широтах Северной Атлантики и на климат в целом, а также на продуктивность в поверхностном слое океана. Продуктивность океана — характеристика, тесно связанная с поступлением органического вещества, минеральных элементов, а также количеством и разнообразием его обитателей. Изменение циркуляции вод в экваториальной и тропической зонах Атлантики, которые происходили на фоне смены ледниковых (холодных) и межледниковых (теплых) эпох, позволит понять взаимосвязь между динамикой океана и глобальными изменениями климата.
Ученые зарегистрировали широтные миграции внутритропической зоны конвергенции, а также изучили связь изменений свойств придонного слоя океана с поверхностной продуктивностью и глобальными климатическими перестройками. Для этого авторы исследовали донные морские осадки, поднятые с глубины около 4000 метров в южной части котловины Зеленого мыса. В состав таких отложений, помимо минеральных частиц, входят раковины фораминифер — морских одноклеточных организмов. Они формируют карбонатные раковины из химических элементов в окружающей их воде, в том числе из «тяжелых» и «легких» изотопов углерода и кислорода. Эти изотопы отражают свойства водных масс и уровень глобального льда соответственно. Чем больше «тяжелых» молекул содержалось в окружающей воде, тем обширнее были ледяные «шапки» планеты, и наоборот. Благодаря этому признаку можно сопоставить изменения в химическом составе раковин фораминифер с климатическим периодом, во время которого эти раковины формировались. Кроме того, степень сохранности раковин свидетельствует об агрессивности придонных вод к карбонату кальция. Видовое разнообразие фораминифер может говорить об условиях на поверхности и на глубине океана: о температуре, вентилируемости вод, наличии биогенных веществ.
Проведенные исследования показали, что смещение внутритропической зоны конвергенции в северном направлении относительно района исследования сопровождалось потеплением поверхностного слоя океана и повышением биопродуктивности вод. Предполагается, что смещению этой зоны на север предшествовали периоды, в которые глубинные слои океана поднимались ближе к поверхности. Что касается состава придонных вод, оказалось, что в районе исследования доминировали попеременно древние «предки» холодной Антарктической донной воды, агрессивной к карбонату кальция (во время холодных климатических интервалов), и более «лояльной» Северо-Атлантической глубинной воды (во время теплых климатических интервалов). Тем не менее связь между свойствами глубинных вод и климатом нелинейна.
«Мы выделили три климатических режима, которые существовали в районе исследования во время теплых климатических фаз: "классическая модель", "эффект локальной продуктивности" и "усиленное влияние агрессивной Антарктической донной воды". Первые два режима представляют собой усиленное поступление Северо-Атлантической глубинной воды в район исследования. Выделенный режим "эффект локальной продуктивности" совпадает с интервалами миграций внутритропической зоны конвергенции в северном направлении. Предполагается, что во время третьего режима район исследования находился под влиянием вод преимущественно антарктического происхождения», — сообщила младший научный сотрудник Института океанологии РАН Любовь Кулешова.
«Полученные нами результаты позволяют понять, как глобальные изменения климата отражаются в локальных процессах, происходящих в океане. Реконструируя изменения химического состава придонных вод и особенности их циркуляции в прошлом, можно понять, насколько аномальны сегодняшние процессы, и прогнозировать будущие климатические перестройки», — рассказывает Лейла Баширова, заведующая лабораторией геологии Атлантики Института океанологии РАН, директор НОЦ «Геоэкология и морское природопользование» БФУ.
Результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), опубликованы в журнале Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology.