Доцент Сиракузского университета наук о Земле Зунли Лу говорит: «Вопрос на миллион долларов в понимании климатической системы заключается в следующем: где и как СО2 улавливался из атмосферы во время ледниковых периодов?»Лу и его международные сотрудники исследовали вопрос о хранении углекислого газа в океанах. Команда заглянула в прошлое океана благодаря группе крошечных обитателей океана, называемых фораминиферами. Фораминиферы сохранились в кернах отложений, взятых с подводной горы в море Амундсена, которое является частью океана, окружающего Антарктиду.
Их исследование океанических записей, заключенных в раковины фораминифер, опубликовано в Nature Communications.Хотя принято считать, что атмосферный углекислый газ всасывался глубоко в океан во время ледниковых периодов, количественные измерения того, сколько хранилось и в какой химической форме, было трудно найти. Один из способов отследить накопление углекислого газа — исследовать его партнера по дыханию: кислород.
Планктон фотосинтезирует у поверхности океана, поглощая углекислый газ. Когда планктон умирает и опускается на дно океана, происходит обратный процесс — дыхание. Дыхание использует кислород океана и повторно выделяет углекислый газ в глубинах океана. Из-за этой взаимосвязи низкие уровни кислорода в определенной части океана могут указывать на то, где атмосферный углекислый газ хранился во время ледниковых периодов.
В то время как прошлые уровни кислорода в океане могут дать представление о глобальном круговороте углекислого газа, восстановление условий оксигенации в прошлом является довольно сложной задачей. Входят фораминиферы. У фораминифер есть внешняя оболочка из карбоната кальция, которая улавливает следы окружающей среды по мере их роста, включая уровень кислорода.
Эти связанные с климатом признаки часто сохраняются в течение миллионов лет в отложениях, накопленных на дне океана.Лу потратил годы на измерение йода в карбонате кальция в качестве заместителя для отслеживания уровня кислорода в океане. «Эти карбонаты зафиксировали почти всю историю Земли, и у нас есть один из лучших способов передать кислородные истории этих горных пород и окаменелостей», — говорит он. В отличие от большинства других заместителей кислорода, йод способен обнаруживать относительно незначительные изменения в уровне кислорода, а не только присутствие или отсутствие газа в морской воде.
Соавтор исследования Бабетт Хугаккер из Оксфордского университета подтверждает силу этого нового прокси: «Его применение позволяет оценивать состояние оксигенации подповерхностных слоев открытого океана с использованием планктонных фораминифер, что до сих пор было практически невозможно».Фораминиферы из исследовательского участка группы в высоких широтах Антарктики указывают на то, что окружающий Южный океан достиг очень низкого уровня кислорода в океане во время ледниковых периодов. Соавтор Рос Рикаби, также из Оксфорда, говорит: «Было настоящим сюрпризом обнаружить, что любая часть Южного океана, которая сегодня так богата кислородом, эволюционировала естественным путем, чтобы содержать такое небольшое количество этого влиятельного газа во время ледникового периода. период."Соавтор Клауса-Дитера Хилленбранда из Британской антарктической службы говорит: «Физические, химические и биологические изменения в Мировом океане в целом и в Южном океане в частности сыграли решающую роль в межледниковых и ледниковых вариациях концентрации углекислого газа в атмосфере. и глобальное изменение климата ».
Или, как выразился Лу: «Южный океан похож на кран для CO2. Когда вы открываете кран, CO2 выходит в атмосферу, и она становится теплой во всем мире. Когда вы частично закрываете этот клапан во время ледникового периода, CO2 становится ниже в атмосфере. атмосфера ". Лу говорит, что обнаружение низкого содержания кислорода в высоких широтах Южного океана дает представление о том, как «клапан» работает во время ледниковых периодов, и, кроме того, указывает на условия насыщения кислородом в огромных объемах глубоких вод, связанных с Южным океаном через океанскую циркуляцию.
Лу и его коллеги надеются, что понимание прошлых циклов даст исследователям возможность предвидеть последствия современных и будущих глобальных изменений. В то время как в прошлом уровень углекислого газа в атмосфере обычно колебался от 200 до 280 частей на миллион, в настоящее время планета сталкивается с уровнями 400 частей на миллион газа. «Если мы сможем объяснить естественные колебания климата в последнее время, мы сможем сделать прогнозы того, как современное потепление может вызвать изменение морской среды в будущем», — говорит Лу.