Сможем ли мы восстановить ледяной щит Антарктиды? Судьба в руках «слоеного» океана

Если мы найдем способ убрать избыточный CO₂ из атмосферы, вернется ли климат планеты в свое доиндустриальное состояние? Этот вопрос — один из ключевых в современной науке. Климатическая система Земли — сложный механизм, который не всегда можно запустить в обратную сторону. Некоторые изменения, однажды запущенные, могут оказаться необратимыми. Особенно остро этот вопрос стоит для морского льда Антарктиды.

Долгое время ледяной покров вокруг южного континента вел себя странно. Пока в Арктике лед стремительно исчезал, в Антарктике его площадь до 2014 года даже немного росла. А затем началось резкое сокращение. Это заставило ученых задать прямой вопрос: если мы сможем реализовать сценарии по удалению углекислого газа из атмосферы, восстановится ли антарктический лед?

Ответ оказался неоднозначным. Он зависит от свойства Южного океана, которое действует как переключатель между обратимым и необратимым будущим.

Почему климатические модели не могут договориться?

Для анализа его поведения в будущем, климатологи используют математические модели Земли. В рамках проекта CDRMIP (Carbon Dioxide Removal Model Intercomparison Project) был проведен эксперимент: сначала уровень CO₂ в моделях искусственно повышали в течение 140 лет, а затем столько же времени его снижали до первоначального, доиндустриального уровня.

В итоге, некоторые модели показали, что морской лед почти полностью восстанавливается. Другие же нарисовали прямо противоположную картину: даже после возвращения CO₂ к норме ледяной покров оставался значительно меньше исходного.

Причина этого расхождения кроется в начальных условиях. Ключевым фактором, определяющим судьбу льда, оказалась стратификация океана. Что это такое? Это расслоение океанской воды на слои разной плотности. Более теплая и пресная вода — легкая, она остается на поверхности. Более холодная и соленая — тяжелая, она опускается глубже. Если это расслоение выражено сильно, слои почти не перемешиваются. Если слабо — тепло и соли могут свободно перемещаться с глубины на поверхность и обратно.

Именно это свойство — изначальная сила стратификации — разделило модели на два лагеря.

Сценарий первый: ловушка «слоеного» океана

Возьмем океан с очень сильной начальной стратификацией. Слои воды в нем четко разделены.

1. Начинается глобальное потепление. Атмосфера нагревает поверхность океана.
2. Из-за сильной стратификации это тепло не может «провалиться» вглубь. Оно остается запертым в верхнем, приповерхностном слое.
3. Верхний слой океана нагревается очень сильно и быстро.
4. Нагретая вода активно растапливает морской лед снизу.
5. Тающий лед — это пресная вода. Она попадает на поверхность и делает верхний слой еще менее плотным.
6. В результате стратификация усиливается еще больше.

Возникает положительная обратная связь. Усиление стратификации запирает еще больше тепла наверху, что ведет к еще более интенсивному таянию, которое, в свою очередь, снова усиливает стратификацию.

Когда в такой модели начинают снижать уровень CO₂, океан уже попал в ловушку. Накопленное в верхнем слое тепло никуда не делось. Оно продолжает подтачивать лед, и его восстановление идет очень медленно или не происходит вовсе. Процесс становится необратимым.

Сценарий второй: предохранительный клапан перемешанного океана

Теперь рассмотрим океан со слабой начальной стратификацией.

1. Глобальное потепление начинается.
2. Поскольку слои перемешиваются хорошо, тепло от поверхности эффективно уходит на глубину в сотни и тысячи метров.
3. Верхний слой океана нагревается гораздо меньше.
4. Морской лед тает не так интенсивно.
5. Соответственно, сильного опреснения поверхности не происходит, и стратификация не усиливается.

В этом сценарии океан работает как система с предохранительным клапаном, сбрасывая избыток тепла в свои глубины. Когда концентрация CO₂ начинает падать, поверхностный слой быстро остывает, так как он не накопил огромного запаса тепла. Условия для восстановления льда создаются почти сразу. Процесс оказывается обратимым.

Так какой же океан у нас?

Моделирование показало два разных пути. Но какой из них соответствует реальности? Чтобы это выяснить, исследователи обратились к фактическим данным. Они проанализировали информацию с океанографических буев и спутников за последние десятилетия, чтобы измерить реальную стратификацию Южного океана.

Вывод оказался вполне обнадёживающим. Сегодняшнее состояние океана вокруг Антарктиды характеризуется относительно слабой стратификацией. Его физические параметры гораздо ближе к тем моделям, которые показывают обратимое таяние льда.

Это означает, что если человечество найдет способ активно удалять CO₂ из атмосферы, есть высокая вероятность, что антарктический морской лед сможет восстановиться до своего прежнего состояния.

Это исследование показывает, что будущее климатической системы не предопределено на сто процентов. Оно зависит от текущего состояния океанов, ледников и атмосферы. Путь назад для антарктического льда, судя по всему, еще существует. Но это не повод для бездействия, а прямое указание на то, что физические условия, которые сегодня дают нам эту возможность, могут измениться.