Европейцы должны быть благодарны Атлантическому океану за тепло в их жизни. По справедливости, северным европейцам суждено было мерзнуть, как и канадцам, находящимся на той же широте. Но теплые поверхностные воды из тропических широт подогревают Европу уже много-много лет. Именно этому «нагревателю» и угрожает глобальное потепление.
Как работает нагревательный процесс в Европе? Теплые воды приносит Гольфстрим, представляющий собой западную часть огромного вихря, известного океанографам как субтропический круговорст. Аналогичные круговороты есть во всех океанах, ими управляют ветры и вращение Земли. Влияние Гольфстрима на климат Европы могло быть совсем незаметным, если бы в Атлантике не было двух мощных океанических течений: одного к востоку от Гренландии, а другого — на юге Лабрадорского моря. Они загоняют Гольфстрим в глубь океана и протаскивают его теплые воды далеко на север.
Гольфстрим и североатлантический насос образуют часть глобальной океанической циркуляции, которую океанографы окрестили «конвейерным ремнем». Теплая вода течет на север через Атлантику в сто раз быстрее, чем река Амазонка. Затем она ныряет вглубь около Гренландии и возвращается в южную часть океана на глубине два-три километра под названием Глубоководное североатлантическое течение. Этот круговорот отдает в сто раз больше тепла холодной северной атмосфере, чем его потребляет население Земли. Колоссальное количество высвобождаемого тепла нагревает воздух вокруг Европы градусов на пять, и этот бесплатный «обогреватель» надежно трудится уже более десяти тысяч лет. Однако некоторые климатологи считают, что вмешательство рода человеческого в климат Земли может запустить новый период нестабильности.
Картина основных океанических течений. Красным цветом выделены теплые течения.
О работе «конвейерной ленты» известно уже немало. Ее функционирование обусловлено различной плотностью воды в разных точках Атлантики. Воды на севере плотнее, чем на юге, поэтому Глубоководное североатлантическое течение и движется с севера на юг. На юге оно присоединяется к Антарктическому полярному течению, окружающему планету е запада на восток. Часть теплой воды поднимается к поверхности около Антарктиды, другая продолжает двигаться на глубине в другой океан и через тысячу лет достигает севера Тихого океана.
Путь, по которому эта вода возвращается в Атлантику, пока до конца не выяснен. Есть два возможных варианта: западный «путь теплой воды» — между островами Индонезии и вокруг Южной Африки, и восточный — вокруг Южной Америки через пролив Дрейка.
Плотность воды в Северной Атлантике определяется ее соленостью и температурой, именно эти факторы определяют и работу «конвейерной ленты». Когда теплая поверхностная вода соприкасается с холодным арктическим воздухом, она охлаждается. Это увеличивает ее плотность, и она погружается вниз. С другой стороны, северные поверхностные воды разбавляются дождями, реками и тающими снегами — это уменьшает плотность и препятствует погружению вглубь. В тропических широтах вода на поверхности становится более соленой и плотной из-за сильного испарения, поэтому там она опускается вглубь, выпуская на свет божий потоки из глубины.
Самоподдерживающая система с положительной обратной связью имеет по меньшей мере один крупный недостаток: если нарушить движение, остановить «конвейерную ленту», то она так и будет стоять. Этот эффект был замечен в одном из первых экспериментов по моделированию климата с учетом океана и атмосферы. В конце восьмидесятых годов Суки Манабе и Рон Стоуфер из лаборатории динамики жидкости в Принстоне (Нью-Джерси, США) обнаружили, что в их модели климата есть два совершенно различных и более или менее стабильных состояния. Одно напоминает современную систему циркулярных течений, а во втором «конвейерная лента» сильно смешена к югу, и средняя температура в Европе градусов на десять ниже, чем в наши дни. С тех пор этот вывод о двух устойчивых состояниях был не раз подтвержден в экспериментах с разными моделями климата.
Без ответа остается главный вопрос: возможен ли переход между этими двумя устойчивыми состояниями? Были ли такие переходы в прошлом? Что может привести к такому переходу? К счастью, сама Земля содержит несколько обширных климатических архивов, которые, после некоторого детективного расследования, могут дать ключи к разгадке тайн. Среди них — спрессованные слои снега в Гренландском ледяном щите и слои осадков, накопившиеся на дне Атлантики.
Эти естественные архивы показывают нам, что быстрые и глобальные климатические скачки наблюдались каждую тысячу лет или окало того на протяжении последнего ледникового периода, что резко контрастирует со стабильностью последних десяти тысяч лет. Последний из таких скачков произошел на самом выходе нашей планеты из последнего ледникового периода. Постепенное потепление климата привело к таянию льдов, но затем в течение десяти лет все ВДРУГ резко вернулось к ледниковому состоянию.
В 1989 году модельный эксперимент Эрнста Майер-Реймера и Уве Миколаевича из Гамбургского института имени Макса Планка помог найти причину такого скачка. Оказывается, массированный приток пресной воды от таяния льда привел к внезапной остановке «конвейерной ленты», что повергло Атлантический район в жуткий холод.
Сегодня исследователи задаются вопросом; может ли сегодняшнее глобальное потепление из-за накопления двуокиси углерода в атмосфере привести к подобным последствиям? К примеру, такое потепление должно нагреть поверхностные воды в высоких северных широтах. Кроме того, увеличится количество дождей, снегопадов и растаявшей воды от ледников. Все это снизит плотность поверхностной воды и может остановить механизм перекачки воды.
«Конвейерная лента» течений может давать «сбой», и тогда неминуемы резкие климатические изменения
В 1993 году Манабе и Стоуфер изучали влияние концентрации двуокиси углерода на глобальный климат в модели, связывающей океан, атмосферу и льды. При росте концентрации углерода в четыре раза по сравнению с доиндустриальной эпохой глубоководная океаническая циркуляция полностью останавливается. Однако эксперты ожидают, что такой концентрации двуокиси углерода в атмосфере не должно быть как минимум до 2100 года. При этом остановка циркуляции происходит медленно, сотню-другую лет, а совсем не так резко, как это было раньше, о чем нам говорят льды Гренландии.
Несмотря на некоторое расхождение теории и эксперимента, из климатических архивов и из модельных расчетов следует, что климат Земли — очень незащищенная система. За последние несколько лет ученые проанализировали много проб со дна океана, и ситуация еще усложнилась. Появились доказательства, что в некоторые холодные периоды «конвейерная лента» не исчезает, а смещается к югу.
Три года назад Мишель Сарнтейн из университета в Киле (Германия) с коллегами из Франции и Нидерландов опубликовал результаты расчетов по глубоководным перетокам воды в Атлантике в разные моменты прошлого на основании большого числа проб со дна океана. Они обнаружили три типа циркуляций. Первая — теплая «конвейерная лента», работавшая последние десять тысяч лет. Второй тип — «ледниковая конвейерная лента», которая была более мелкой и не дотягивала до Гренландского моря на севере, а оканчивалась где-то у юга Исландии. Наконец, они обнаружили периоды, когда «конвейерная лента» была очень слабой из-за большого количества талой воды, проникавшей в Атлантику и ослаблявшей океанские перетоки.