Муссонные дожди над Восточной Азией становятся всё более интенсивными

Океан имеет большое значение для регионального и глобального климата. Например, так называемый Индо-Тихоокеанский бассейн потепления контролирует восточноазиатский муссон. Объединив исследования известковых организмов и модельное моделирование, исследователи обнаружили, что потепление этого морского региона в доисторическом прошлом привело к более интенсивным дождям над Китаем. В интервью Welt der Physik Махьяр Мохтади объясняет, какие механизмы за это отвечают и какие уроки можно извлечь из них на будущее.

Мир физики: Что такое Индо-Тихоокеанский термальный бассейн?

Махьяр Мохтади: Индо-Тихоокеанский тёплый бассейн представляет собой непрерывный участок океана с самой высокой температурой воды в мире. Он простирается от западной части Тихого океана до восточной части Индийского океана и доходит до северной части Австралии. Среднегодовая температура водной поверхности здесь превышает 28 градусов по Цельсию. В отдельных местах Атлантики это тоже есть, но не в такой большой степени.

Как Индо-Тихоокеанский тёплый бассейн влияет на климат?

Поскольку вода очень тёплая, она испаряется на поверхности. Это создает много влаги и скрытого тепла, то есть энергии, которая запасается в водяном паре. Взаимодействие обоих факторов вызывает интенсивные осадки в регионе. Это выражается, например, в муссонах, которые вызываются разницей температур между сушей и морем. Но регион также имеет большое значение в глобальном масштабе. Потому что тёплый и влажный воздух может подниматься очень высоко и переноситься далеко. Таким образом, он управляет глобальными атмосферными течениями.

Какие параметры вы учитывали в своем исследовании?

Мы смотрели не только на температуру поверхности моря, но и температуру на глубине около 200 метров. Существует так называемый термоклин, в котором резко падает температура. Глядя как на поверхность, так и на верхний термоклин, мы получаем хорошее представление о теплосодержании верхнего слоя воды. Потому что наблюдения показали, что климатические явления можно лучше предсказать по содержанию тепла, чем только по температуре поверхности.

В своем исследовании вы изучали, как теплосодержание Индо-Тихоокеанского термального бассейна менялось в прошлом. Как вы это сделали?

Нам нужен был индикатор температуры воды на поверхности и индикатор термоклина в разное время в прошлом. Здесь обитают обызвествляющие микроорганизмы, обитающие именно в этих слоях воды - два вида планктонных фораминифер. Они включают элемент магния в свои раковины в связи с преобладающей температурой океана и поэтому используются для определения температуры воды в прошлом. Потому что их окаменелости можно найти в морских отложениях. Поэтому мы провели несколько экспедиций по бурению морского дна, чтобы найти эти окаменелости.

Как датировать керны?

Чем глубже копаешь, тем глубже заглядываешь в прошлое. А чтобы как можно точнее датировать отдельные участки, мы используем различные методы. За последние 40 000 лет анализ радиоуглерода в кернах скважин был наиболее распространённым. Затем содержание изотопа углерода дает информацию о возрасте окаменелостей. Кроме того, существуют независимые маркеры возраста, такие как слои пепла от крупных извержений вулканов, о которых известно, что они произошли. А для датировки еще более древних периодов времени мы используем вариации атомной массы кислорода, так называемые изотопы, и сравниваем их с эталонными кривыми. В нашем исследовании мы заглянули в прошлое на 360 000 лет.

Что вы узнали?

Теплосодержание Индо-Тихоокеанского теплого бассейна исторически менялось в зависимости от параметров орбиты Земли. Поскольку орбита Земли вокруг Солнца иногда длиннее, иногда круглее, это вызывает повторяющиеся периоды тепла и холода и, следовательно, колебания площади льда на Земле. Наклон земной оси и ее направление — говорят о наклоне и прецессии — меняются циклически. Это влияет на угол падения солнечной радиации и, следовательно, на времена года. В нашем исследовании мы увидели, что температура термоклина на глубине 200 метров циклически колебалась каждые 23 000 лет и 41 000 лет соответственно в зависимости от наклона и направления земной оси. У температуры поверхности океана также были эти циклы, но каждые 100 000 лет добавлялась дополнительная составляющая. Это соответствует чередованию ледниковых периодов и межледниковых периодов из-за изменения орбиты Земли. Чтобы точно понять, как взаимодействуют различные факторы, мы использовали две климатические модели и сравнили результаты моделирования с нашими данными.

Как эти изменения повлияли на региональный климат в прошлом?

Чтобы проверить это, мы сравнили наши данные с интенсивностью муссонных осадков в Восточной Азии в этот период. Для этого мы использовали ранее опубликованные данные. Там количество осадков в Китае было реконструировано с помощью изотопных измерений сталактитов. И здесь прецессия земной оси является параметром, в наибольшей степени влияющим на колебания осадков, как и на температуру воды на глубине 200 метров. Соответственно, всякий раз, когда более тёплый бассейн Индо-Тихоокеанского региона становился теплее, муссонные дожди над Восточной Азией становились более интенсивными. Объясняется это тем, что воздух быстро поднимается вверх из-за высокой температуры и влажности. Затем в эту область низкого давления втекают воздушные массы из других регионов Тихого океана, принося в регион дополнительную влагу, что в конечном итоге увеличивает интенсивность муссонов.

Каково значение ваших выводов в отношении антропогенного изменения климата?

Прежде всего, эта работа была своеобразной проверкой наших климатических моделей — ведь те же климатические модели, которые мы используем для заглядывания в прошлое, используются и для прогнозов на будущее. Именно такие прогнозы содержатся в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата. В нашем исследовании мы увидели, что модели работают относительно хорошо в регионе. Во-вторых, результаты наших исследований показывают, что произойдет, если Индо-Тихоокеанский тёплый бассейн в будущем прогреется из-за изменения климата: тепло и влажность перейдут на сушу, а муссонные дожди над Восточной Азией станут более интенсивными.