Термохалинная циркуляция океана: механизм, влияние на климат и глобальный конвейер

Термохалинная циркуляция (ТХЦ) представляет собой крупномасштабную циркуляцию вод Мирового океана, движимую различиями в плотности воды. Плотность, в свою очередь, контролируется двумя ключевыми параметрами: температурой (термо-) и соленостью (-галин). Данный процесс является основным механизмом вертикального перемешивания, отвечающим за перенос тепла от экватора к полюсам и за вентиляцию абиссальных зон. Циркуляция инициируется в полярных регионах, где формируются чрезвычайно плотные, холодные и соленые водные массы.

Образование этих глубоководных вод выступает критически важным климатическим регулятором. В Северной Атлантике течение Гольфстрим транспортирует теплые и соленые поверхностные воды на север, отдавая тепло атмосфере и умеряя климат Европы. Охлаждаясь в районах близ Гренландии, вода увеличивает свою плотность и опускается — этот процесс называется нисходящим потоком (конвекцией). Данное опускание функционирует как насос, приводящий в движение атлантическую ветвь глобального океанического конвейера.

Интенсивность термохалинной циркуляции тесно связана с ледниково-межледниковыми циклами. Палеоокеанографические данные, такие как возраст донных вод, определяемый по изотопам углерода, указывают на ее ослабление в ледниковые периоды. Основной причиной считается южное смещение полярного фронта и массивный приток пресной воды от тающих ледниковых щитов. Пресная вода снижает соленость и плотность поверхностного слоя, подавляя процесс конвекции. Ярким примером служит событие позднего дриаса (~12 900 лет назад), когда подобное замедление ТХЦ вызвало резкое похолодание в Северном полушарии.

На более коротких временных масштабах важную роль играют события Хейнриха. Они идентифицируются по слоям ледово-rafted debris (обломочного материала, сплавленного айсбергами) в донных отложениях Северной Атлантики. Эти события маркируют периоды катастрофического сброса айсбергов с Лаврентийского ледникового щита. Механизм воздействия аналогичен: массивный приток пресной воды от тающих айсбергов подавляет образование глубинных вод, приводя к быстрому региональному и глобальному похолоданию.

Термохалинная циркуляция оказывает комплексное глобальное влияние на климатическую систему. Ее состояние воздействует на системы апвеллинга, которые поднимают богатые питательными веществами глубинные воды к поверхности, поддерживая продуктивность морских экосистем. Ослабление циркуляции также коррелирует с изменениями в режиме осадков, например, с усилением засух в регионе Сахель в Африке. Кроме того, ТХЦ влияет на концентрацию атмосферного CO2, регулируя обмен углекислым газом между глубинными резервуарами океана и атмосферой.

Рост Антарктического ледяного щита в среднем миоцене (около 14 миллионов лет назад) ученые связывают с активной термохалинной циркуляцией. Интенсивная циркуляция увеличивала перенос влаги на континент в виде снега. Этот рост, в свою очередь, усиливал планетарные температурные градиенты, атмосферную циркуляцию и способствовал аридизации (засушливости) средних широт. Таким образом, ТХЦ является динамичным центральным компонентом климатической системы.

Сложное взаимодействие между океанической циркуляцией, ледниковыми щитами и атмосферным CO2 подчеркивает ключевую роль термохалинной циркуляции в долгосрочных климатических изменениях. Рельеф океанического дна, включая срединно-океанические хребты и глубоководные котловины, выступает дополнительным фактором, направляющим и ограничивающим пути глубинных течений. Это добавляет еще один уровень сложности в функционирование данного планетарного механизма, изучение которого остается критически важным для прогнозирования будущих климатических изменений.

Сведения об авторах и источниках:

Авторы: Тимоти Куски

Источник: Энциклопедия наук о Земле и космосе

Данные публикации будут полезны студентам и аспирантам геологических специальностей, профессиональным геологам-тектонистам, специалистам в области геодинамики и региональной геологии, а также всем, кто интересуется фундаментальными процессами формирования и эволюции земной коры.