Антарктика годами наращивала лед, а затем резко его потеряла: скрытая причина таяния Южного полюса

Долгое время поведение антарктических льдов расходилось с прогнозами климатологов. В то время как Северный Ледовитый океан терял свой ледяной покров под воздействием растущих глобальных температур, Антарктика демонстрировала совершенно иную динамику. Вопреки всем прогнозам компьютерных моделей, предсказывавших постепенное таяние, площадь антарктического морского льда не просто оставалась стабильной, но и уверенно росла. В 2014 году этот показатель достиг абсолютного исторического максимума за все время спутниковых наблюдений.

Для многих этот факт стал поводом сомневаться в реальности климатических изменений. Однако уже в 2016 году система продемонстрировала резкий и катастрофический слом. Площадь морского льда вокруг континента внезапно сократилась до рекордного минимума. После этого обрушения ледяной покров так и не смог восстановиться, зафиксировавшись в состоянии перманентного истощения, которое продолжается до сегодняшнего дня.

Как климатический тренд мог измениться на противоположный всего за пару лет? Почему многолетнее расширение льдов сменилось столь же стремительным таянием, хотя температура воздуха над континентом не совершала столь резких скачков? Исследователи из Стэнфордского и Вашингтонского университетов проанализировали огромный массив данных за последние двадцать лет и нашли ответ. Причина оказалась скрыта глубоко под водой. Ледяной покров разрушился не из-за нагрева атмосферы, а из-за сложных термодинамических процессов внутри самого океана.

Проблема наблюдателя и подводные роботы

Исторически изучение Южного океана было сопряжено с очень большими трудностями. Спутники отлично справляются с фиксацией площади льда на поверхности, но они не способны заглянуть вглубь воды. Научные суда могут проводить измерения летом, но зимой, когда формируется основной ледяной массив, океан становится недоступен. Из-за этого ученые долгое время не имели точного представления о том, что происходит непосредственно под антарктическими льдами.

Ситуация изменилась благодаря программе Argo. Это глобальная сеть автономных подводных буев, которые свободно дрейфуют в океане. Они запрограммированы регулярно опускаться на глубину до двух километров, а затем медленно всплывать, измеряя по пути температуру и соленость воды. В последние десятилетия эти аппараты научились работать прямо под морским льдом, сохраняя данные в памяти и передавая их на спутники в те короткие периоды, когда они находят полынью или когда лед временно отступает.

Используя данные этих буев, собранные в период с 2007 по 2024 год, исследователи сфокусировали свое внимание на море Уэдделла. Выбор не случаен: именно этот огромный водоем диктует климатическую моду для всей Антарктики. Статистика показывает, что более 60 процентов изменений площади всего циркумполярного льда объясняется процессами, происходящими именно в море Уэдделла. И данные, полученные из его глубин, показали совершенно неожиданную картину.

Физика плотности и блокировка тепла

Рассмотрим, как устроены водные массы Южного океана. Вода в нем не является однородной. Она разделена на слои, которые отличаются друг от друга температурой и, что самое важное, соленостью. Соленость напрямую определяет плотность воды: пресная вода легче, соленая — тяжелее.

В норме на поверхности океана вокруг Антарктиды находится слой относительно холодной и менее соленой воды. Прямо под ним протекает так называемая Циркумполярная глубинная вода. Она формируется в более северных, умеренных широтах и несет в себе огромный запас тепла. Эта глубинная вода значительно теплее поверхностной, но при этом она гораздо более соленая, а значит — более плотная и тяжелая. Именно поэтому она остается на глубине и не поднимается вверх.

Анализ данных показал, что в период с 2007 по 2015 год, когда антарктические льды активно расширялись, над морем Уэдделла выпадало аномально большое количество осадков в виде снега. Когда этот снег попадал в воду или таял в летние месяцы, он сильно опреснял поверхностный слой океана. Из-за этого разница в плотности между верхним пресным слоем и нижним соленым слоем стала особенно высокой.

В океанологии это называется сильной стратификацией. Поверхностный пресный слой сработал как физический барьер. Он полностью заблокировал вертикальное перемешивание воды. Поверхность океана оставалась стабильно холодной, что создавало идеальные условия для замерзания и роста морского льда.

Однако тепло никуда не исчезло. Глубинные течения продолжали приносить нагретую воду из других регионов планеты. Поскольку барьер из пресной воды не давал этому теплу выйти наружу, океан начал накапливать термическую энергию на глубине. Приборы зафиксировали, что ядро максимальной температуры под морем Уэдделла не только становилось теплее, но и физически поднималось все выше. В 2008 году граница теплой воды находилась на глубине около 400 метров. К зиме 2015 года она поднялась уже до отметки в 200 метров. Напряжение в системе нарастало.

Ветровой триггер и разрушение барьера

Долго скрывать такой объем энергии невозможно. Системе не хватало лишь внешнего фактора, который заставил бы слои воды перемешаться. Этим фактором стало изменение атмосферной циркуляции.

В Южном океане постоянно действуют сильные ветра, которые не только гонят волны, но и двигают огромные массы воды. Под воздействием ветра и вращения Земли возникает физический эффект, известный как апвеллинг. Ветра буквально раздвигают поверхностные воды в разные стороны, и, чтобы заполнить образовавшуюся пустоту, на поверхность принудительно засасывается вода из глубоких слоев.

В период между 2014 и 2016 годами сила ветров, вызывающих апвеллинг в центральной части моря Уэдделла, резко возросла. Скорость принудительного подъема глубинных вод увеличилась почти в три раза по сравнению с предыдущими годами.

Этот мощный физический напор снизу оказался сильнее пресноводного барьера на поверхности. Массы теплой и соленой воды, которые океан непрерывно копил почти десять лет, прорвались в верхний слой. Произошел масштабный выброс тепла, который ударил по ледяному покрову снизу. Лед начал стремительно таять, что и привело к рекордному сокращению его площади в 2016 году. Зима 2015 года продемонстрировала исторический максимум льда только потому, что колоссальный объем тепла все еще был заперт на глубине.

Проблема усугубляется тем, что этот процесс запустил цепную реакцию. Поднявшаяся глубинная вода принесла с собой не только тепло, но и соль. Поверхностный слой океана стал гораздо более соленым. Разница в плотности между слоями исчезла, и барьер, который ранее защищал лед, был полностью разрушен. Теперь ничто не препятствует постоянному вертикальному перемешиванию, и океан продолжает регулярно отдавать тепло на поверхность, не позволяя льдам восстановиться.

Сложность системы и выводы для науки

Чтобы окончательно подтвердить эту теорию, ученые создали компьютерную одномерную модель океана и льда. Они попытались воспроизвести историю с 2000 по 2024 год, изолированно меняя параметры осадков и силы ветра. Результаты показали, что ни один из этих факторов по отдельности не мог создать ту картину, которую мы наблюдаем в реальности.

Только комбинация двух процессов — обильные осадки, создавшие пресный барьер и позволившие теплу накопиться, а затем резкое усиление ветров, поднявших это тепло на поверхность — смогла точно повторить исторический график роста и последующего обрушения антарктического льда.

При этом исследователи подчеркивают, что Антарктика не реагирует на климатические изменения однородно. В то время как море Уэдделла и прибрежные зоны Восточной Антарктиды переживали резкий подъем тепла, в тихоокеанском секторе (моря Амундсена и Беллинсгаузена) приборы зафиксировали иную картину. Там глубинные слои воды в тот же период остывали и опускались ниже. Это доказывает, что динамика льда зависит от сложной локальной циркуляции океана в каждом конкретном секторе.

Становится очевидно, что нельзя оценивать состояние льдов, опираясь исключительно на температуру воздуха или изменения площади белого покрова. Океан обладает долгосрочной гидрологической памятью. Он способен маскировать реальные климатические тенденции, скрывая тепло на глубине в течение целого десятилетия.

Будущее антарктических льдов теперь полностью зависит от того, сможет ли изменение режима осадков вновь создать достаточный объем пресной воды на поверхности, чтобы заново заблокировать выход тепла из глубины.

Источник: Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS)