Атлантическая меридиональная циркуляция

Атлантическая меридиональная циркуляция (АМЦ, англ. Atlantic Meridional Overturning Circulation, AMOC) — это крупномасштабная система океанических течений в Атлантическом океане, которая переносит тёплую солёную воду на север в верхних слоях и холодную глубинную воду на юг в придонных слоях. АМЦ является частью глобальной термохалинной циркуляции («глобального океанического конвейера») и играет ключевую роль в перераспределении тепла и климата на планете, особенно в Северной Атлантике и прилегающих регионах Европы и Северной Америки.

Механизм действия

Циркуляция АМЦ основана на разнице плотности воды, которая определяется температурой и солёностью. В тропических и субтропических широтах Атлантики поверхностные воды нагреваются солнцем и становятся менее плотными. Однако из-за интенсивного испарения в этих регионах солёность воды повышается, что частично компенсирует снижение плотности от нагрева. Ветры и течения (например, Гольфстрим) переносят эту тёплую солёную воду на север, в сторону Арктики.

Достигнув высоких широт (Норвежское, Гренландское, Лабрадорское моря), вода отдаёт тепло в атмосферу, охлаждается и становится более плотной. Кроме того, при образовании морского льда часть пресной воды удаляется, а оставшаяся вода становится ещё более солёной и плотной. Эта плотная, холодная и солёная вода опускается на глубину (процесс, известный как глубинное конвективное перемешивание) и формирует Северо-Атлантическую глубинную воду (North Atlantic Deep Water, NADW). Затем эта глубинная вода распространяется на юг вдоль дна океана, пересекает экватор и в конечном итоге поднимается вверх в других частях Мирового океана, замыкая цикл.

Структура и компоненты

АМЦ не является единым потоком, а состоит из нескольких взаимосвязанных течений и процессов:

• Верхняя ветвь (тёплая):
• Гольфстрим: мощное тёплое течение, которое переносит воду из Мексиканского залива вдоль восточного побережья США.
• Северо-Атлантическое течение: продолжение Гольфстрима, которое направляется к северо-востоку, к берегам Европы.
• Норвежское течение: ответвление, которое огибает Скандинавию и заходит в Баренцево море.

• Глубинная ветвь (холодная):
• Глубинные западные пограничные течения: потоки Северо-Атлантической глубинной воды, которые текут на юг вдоль континентального склона Северной и Южной Америки.
• Циркумполярное течение: в Южном океане часть глубинной воды поднимается и вовлекается в циркуляцию вокруг Антарктиды.

• Зоны погружения:
• Лабрадорское море: одна из основных зон формирования глубинной воды, особенно в зимний период.
• Гренландское и Исландское моря: также важные районы конвекции, хотя их вклад в последние десятилетия уменьшился.

Роль в климатической системе

АМЦ оказывает значительное влияние на климат Земли, особенно в Северном полушарии:

• Перенос тепла: АМЦ переносит на север около 1,3 петаватта (1,3 × 10¹⁵ Вт) тепловой энергии, что сопоставимо с мощностью нескольких миллионов электростанций. Это смягчает климат Западной Европы, делая его значительно теплее, чем на аналогичных широтах в других регионах (например, в Сибири или на Аляске). Без АМЦ средняя температура в Европе могла бы быть на 4–8 °C ниже.
• Регуляция углеродного цикла: океан поглощает около 25% антропогенных выбросов CO₂, и АМЦ участвует в транспортировке углерода в глубины океана, где он может храниться столетиями.
• Влияние на уровень моря: изменения в АМЦ могут влиять на распределение тепла в океане и, следовательно, на региональные изменения уровня моря (например, на восточном побережье США).
• Обратная связь с морским льдом: ослабление АМЦ может привести к увеличению площади морского льда в Северной Атлантике, что, в свою очередь, изменит альбедо и тепловой баланс региона.

История изучения

Первые научные описания Гольфстрима как части более крупной циркуляции были сделаны в XIX веке, в частности, американским океанографом Мэтью Фонтейном Мори. В середине XX века, с развитием глубоководных наблюдений, была открыта Северо-Атлантическая глубинная вода. В 1980-х годах Уоллес Брокер сформулировал концепцию «глобального океанического конвейера», где АМЦ является ключевым звеном. Современные исследования, включая проекты RAPID (с 2004 года) и OSNAP (с 2014 года), используют массивы заякоренных приборов для непрерывного мониторинга силы и структуры АМЦ.

Современное состояние и прогнозы

По данным наблюдений, особенно с 2004 года, сила АМЦ демонстрирует значительную изменчивость. Некоторые исследования указывают на то, что АМЦ находится в самом слабом состоянии за последние 1000 лет, возможно, из-за антропогенного изменения климата. Основные факторы, ослабляющие циркуляцию:

• Таяние ледникового покрова Гренландии: приток пресной воды в Северную Атлантику снижает солёность и плотность поверхностных вод, что затрудняет их погружение.
• Увеличение речного стока и осадков: в высоких широтах также добавляет пресную воду.
• Повышение температуры поверхности океана: тёплая вода менее плотная, что также препятствует конвекции.

Модели климатической системы (CMIP5, CMIP6) в целом предсказывают ослабление АМЦ в XXI веке на 20–40% при сценариях высоких выбросов парниковых газов. Полная остановка АМЦ (коллапс) в ближайшие десятилетия считается маловероятной, но не исключённой. Некоторые исследования (например, работы группы Никласа Боэрса, 2024) предполагают, что система может приближаться к точке бифуркации, за которой последует необратимый коллапс.

Возможные последствия ослабления или коллапса

Ослабление или полная остановка АМЦ имела бы катастрофические последствия для глобального климата:

• Резкое похолодание в Северной Европе и Восточной Канаде: на 5–10 °C в течение нескольких десятилетий, что сделало бы климат этих регионов похожим на климат Сибири или Аляски.
• Усиление потепления в тропиках и Южном полушарии: из-за перераспределения тепла.
• Изменение режима осадков: смещение тропических дождевых поясов, что может привести к засухам в одних регионах (например, в Сахеле) и наводнениям в других.
• Повышение уровня моря на восточном побережье США: на 0,3–0,5 метра дополнительно к глобальному повышению.
• Нарушение морских экосистем: изменение распределения питательных веществ и планктона, что затронет рыболовство.
• Усиление штормовой активности в Северной Атлантике.

Критика и неопределённости

Несмотря на широкий консенсус о том, что АМЦ ослабевает, существует ряд неопределённостей:

• Данные наблюдений: непрерывные прямые измерения АМЦ ведутся только с 2004 года (проект RAPID), что недостаточно для надёжного выделения долгосрочного тренда на фоне естественной изменчивости. Косвенные данные (прокси) из кернов льда и донных отложений имеют ограниченное разрешение.
• Модели: климатические модели различаются в оценке чувствительности АМЦ к пресноводному форсингу. Некоторые модели, возможно, недооценивают или переоценивают стабильность системы.
• Роль обратных связей: не до конца изучены взаимодействия между АМЦ, морским льдом, атмосферной циркуляцией и биогеохимическими циклами.

Источники

• IPCC AR6 (2021) — «Climate Change 2021: The Physical Science Basis», Chapter 9: Ocean, Cryosphere, and Sea Level Change.
• Rahmstorf, S. (2006) — «Thermohaline Ocean Circulation» in Encyclopedia of Quaternary Sciences.
• Boers, N. (2021) — «Observation-based early-warning signals for a collapse of the Atlantic Meridional Overturning Circulation» (Nature Climate Change).
• Srokosz, M.A., & Bryden, H.L. (2015) — «Observing the Atlantic Meridional Overturning Circulation yields a decade of inevitable surprises» (Science).
• Project RAPID — «RAPID Climate Change Programme» (www.rapid.ac.uk).