Опрокидывающаяся циркуляция Тихого океана "перевернулась" во время последнего ледникового периода, изменив размещение древних вод, богатых углекислым газом, считают ученые, изучающие систему Земли, из Калифорнийского университета в Ирвайне.

В статье, опубликованной в журнале Science Advances, исследователи предполагают, что этот сдвиг в трехмерном перемещении такого большого океанического бассейна должен был усилить секвестрацию CO2 в морских глубинах, тем самым снизив количество парникового газа в атмосфере Земли ледникового периода. Они обнаружили эту транспозицию, проанализировав следы углерода-14, или радиоуглерода, в тысячах образцов ископаемых отложений со всего мира, некоторые из которых датируются 25 000 лет назад.

"Интуитивно понятно, что Тихий океан играл важную роль в регулировании климата во время последнего ледникового периода - он огромный, вдвое больше Атлантического океана, но раньше у нас не было достаточно данных, чтобы это утверждать", - сказал ведущий автор исследования Патрик Рафтер, ассистент научного сотрудника Калифорнийского университета в области науки о земных системах. "Наше исследование позволило установить эталон радиоуглеродных измерений в основных океанических бассейнах, и, собрав и проанализировав эти данные, мы можем с уверенностью сказать, что изменение перевертывающей циркуляции в Тихом океане соответствует тому, что океан был значительным фактором снижения парниковых газов во время последнего ледникового периода".

Он сказал, что углерод-14 является изотопом выбора для исследователей, которые надеются восстановить взаимосвязь глубоководного моря и атмосферы в длительных временных масштабах. "Радиоуглерод образуется в атмосфере, когда нейтроны космических лучей попадают в азот, и превращается в углекислый газ после химических реакций с кислородом. После этого он попадает в океан точно так же, как обычный CO2, потому что это CO2", - сказал Рафтер. "Именно это делает углерод-14 мощным и полезным трассером для изучения взаимодействия океана с атмосферой".

Для этого проекта он и его коллеги использовали методы, отточенные в течение десятилетий на факультете наук о земных системах Калифорнийского университета, и работали с передовым оборудованием, специально разработанным для проведения такого типа датирования углерода.

Начиная с 1990-х годов, профессора Эллен Друффель и Сью Трумбор, основатели факультета, были полны решимости сделать UCI ведущим мировым центром по использованию углерода-14 в геонаучных исследованиях. Ключевые шаги включали в себя получение финансирования для того, что в конечном итоге стало ускорительным масс-спектрометром углеродного цикла У.М. Кека, и наем Джона Саутона, научного сотрудника UCI в области науки о земной системе, для контроля за работой лаборатории.

"Подобный синтез пытались осуществить и раньше, но не в таких масштабах, как в работе нашей команды, которая включала в себя огромную работу по поиску данных, а также получение новых результатов", - сказал Саутон, соавтор исследования. "Результат заключается в том, что впервые имеется достаточно данных, чтобы продемонстрировать четкие доказательства того, что циркуляция океана в ледниковый период была не просто более медленной версией сегодняшней, а радикально отличалась от нее".

Команда собрала морские окаменелости со всего мира, кусочки размером с песчинку, которые были идентифицированы более чем 20 студентами старших курсов факультета наук о земной системе с помощью микроскопов, установленных в лабораторном помещении Рафтера в Кроул Холле. Затем эти раковины карбоната кальция были преобразованы в графит, чистую форму углерода.

Этот материал был помещен в ускорительный масс-спектрометр кафедры наук о земной системе, чтобы получить точные измерения радиоуглерода - значения, соответствующие морской воде, в которой обитали окаменелости. Получив эти данные, следующий шаг был "немного похож на сборку пазла, в котором мы должны были объединить наши исследования с предыдущими", - говорит Рафтер.

"Ранее была проведена работа по Северной Атлантике, что имеет смысл, поскольку это важный регион, где океан дышит атмосферой, где большое количество углекислого газа попадает в океан", - сказал он. "Мы добавили наш собственный анализ ископаемого радиоуглерода из кернов отложений в Тихом и Южном океанах, чтобы мы могли интерпретировать все основные океанические бассейны вместе за последние 25 000 лет, что не было сделано ранее".

По словам Рафтера, эти новые знания о взаимосвязи между глубоководной частью моря и атмосферой в период последнего ледникового периода помогут океанографам и ученым, занимающимся изучением систем Земли, полностью понять роль океана в контроле потепления и похолодания климата сейчас и в будущем.

Вместе с Рафтером и Саутоном в этом проекте участвовали исследователи из французского Университета Париж-Сакле, Массачусетского океанографического института Вудс Хоул, шотландского Университета Сент-Эндрюс, немецкого Кильского университета, Университета Санта-Круз, Университета Санта-Барбара, Орегонского государственного университета и Калифорнийского технологического института.