Как «включилось» самое мощное океаническое течение Земли и погрузило планету в ледниковый период

Около 34 миллионов лет назад на Земле произошло одно из самых значительных климатических изменений в ее истории. Планета перешла от так называемого тепличного состояния, при котором на полюсах отсутствовали льды, а уровень Мирового океана был исключительно высоким, к современному ледниковому режиму. Этот период известен в науке как эоцен-олигоценовый переход. Именно тогда началось масштабное оледенение Антарктиды, которое в итоге сформировало привычный нам глобальный климат.

На протяжении многих лет в геологии и климатологии доминировала классическая теория, объясняющая этот процесс тектоническими сдвигами. По мере движения литосферных плит Южная Америка и Австралия отдалились от Антарктиды. Образовались два крупных океанических разлома: пролив Дрейка и Тасманов проход. Согласно устоявшейся гипотезе, появление этих проливов немедленно привело к формированию Антарктического циркумполярного течения — гигантского кругового потока воды, огибающего южный континент. Это течение физически изолировало Антарктиду от поступления теплых вод из экваториальных широт, что вызвало резкое падение температуры и образование континентального ледяного щита.

Однако новое исследование, проведенное специалистами из Института Альфреда Вегенера (Германия) с использованием сверхточной климатической модели, демонстрирует, что последовательность событий была совсем другой. Ученые доказали, что одного лишь расхождения континентов и появления глубоководных проливов было физически недостаточно для создания глобального кругового течения.

Главным фактором, который долгое время не учитывался в достаточной мере, оказалась атмосферная циркуляция, а именно — расположение пояса западных ветров.

В современной климатической системе западные ветры Южного полушария дуют над открытым океаном, постоянно воздействуя на поверхность воды и обеспечивая непрерывное движение Антарктического циркумполярного течения. Моделирование условий, существовавших 34 миллиона лет назад, показало другую картину. В тот период проливы уже образовались и достигли глубины около 2000 метров, что технически позволяло пропускать большие объемы воды. Но пояс сильных западных ветров располагался значительно севернее, над массивами суши, и не совпадал по широте с новыми океаническими проходами.

Из-за отсутствия постоянного атмосферного давления океанские потоки вели себя иначе. Когда массы воды из Индийского океана достигали Тасманова прохода, они сталкивались со сложной гидродинамической задачей. При прохождении узкого пролива и уменьшении глубины дна вступал в силу закон сохранения потенциального вихря. Без направляющей силы ветра водный поток не мог продолжать прямолинейное движение на восток. Вместо этого течение отклонялось, закручивалось против часовой стрелки и уходило на север, вдоль побережья формирующейся Новой Зеландии, где постепенно рассеивалось.

В результате Антарктида не была изолирована от остального мира. Круговое течение не замкнулось, и океан продолжал активно обмениваться температурными массами. В Южном океане того времени доминировали обширные региональные водовороты. Самым значительным из них был расширенный круговорот моря Уэдделла. Восточная ветвь этого течения постоянно направляла прогретые поверхностные воды непосредственно к побережью Восточной Антарктиды.

Здесь возникает кажущийся парадокс: теплые воды у берегов Антарктиды стали главной причиной образования ее ледяного щита. Для того чтобы на континенте сформировались ледники километровой толщины, требуется огромное количество осадков. Холодный воздух способен удерживать крайне мало влаги, поэтому при низких температурах обильные снегопады невозможны. Теплые поверхностные воды океана обеспечили процесс масштабного испарения. Насыщенные влагой атмосферные массы перемещались вглубь континента, поднимались над растущими Трансантарктическими горами, охлаждались на высоте и выпадали в виде интенсивного снега. Именно этот процесс запустил формирование колоссального ледяного щита Восточной Антарктиды.

Рост ледяного покрова спровоцировал цепную климатическую реакцию. По мере того как континент покрывался белым снегом и льдом, резко возрастало альбедо — способность поверхности отражать солнечную радиацию обратно в космос. Антарктида начала стремительно охлаждать атмосферу над собой.

Это локальное охлаждение изменило глобальный температурный баланс. Разница температур между холодным южным полюсом и теплым экватором значительно увеличилась. В физике атмосферы именно этот температурный градиент управляет силой и положением главных воздушных течений. Усиление холода над Антарктидой вызвало смещение пояса западных ветров на юг.

Со временем воздушные массы заняли свое современное положение и выровнялись по широте с проливом Дрейка и Тасмановым проходом. Только тогда сильные и постоянные ветры начали гнать океанскую воду через открытые проходы, преодолевая сопротивление рельефа. Разрозненные региональные течения наконец объединились, и Антарктическое циркумполярное течение сформировалось полностью.

Появление этого мощного кругового потока завершило трансформацию климата. Течение спровоцировало масштабный апвеллинг — подъем глубинных океанских вод, богатых питательными веществами, к поверхности. Это привело к бурному развитию морских микроорганизмов и усилению биологического углеродного насоса. Мировой океан начал активно поглощать углекислый газ из атмосферы. Концентрация CO2 снизилась примерно с 1000 до 600 частей на миллион, что привело к дальнейшему глобальному похолоданию. Климат Земли окончательно перешел в стабильную ледниковую фазу.

Уровень углекислого газа в ту эпоху (более 600 ppm) сопоставим с наиболее негативными прогнозами по выбросам парниковых газов для нашего времени. Сегодня концентрация CO2 уже превышает 420 ppm и продолжает расти.

Однако исследователи предупреждают: нельзя использовать климатическую модель 34-миллионнолетней давности как точный аналог того, что произойдет с Землей в будущем. Географическая структура планеты была принципиально иной. Узкие проливы, отсутствие льда в Западной Антарктиде и специфика ветровых нагрузок создавали уникальные условия, которые не повторятся.

Главный вывод исследования заключается в демонстрации того, насколько сложна климатическая система. Глобальные изменения не происходят из-за одного изолированного фактора, будь то уровень углекислого газа или движение континентов. Это всегда комплексный процесс, в котором океан, атмосфера, рельеф и ледники взаимодействуют через петли обратной связи. Понимание этой многокомпонентной механики необходимо для того, чтобы современные климатические модели могли максимально точно прогнозировать реакцию планеты на продолжающееся антропогенное воздействие.

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