Исследование: Южный океан поглощает на 25% больше CO2, чем считалось ранее

Новое исследование, проведенное Университетом Восточной Англии (UEA) и Плимутской морской лабораторией (PML), показало, что Южный океан поглощает больше углекислого газа (CO2), чем считалось ранее. Прямые измерения «воздух — море» показывают, что предыдущие модели недооценивали поглощение CO2, чем подчеркивается необходимость более точных оценок климата.

Используя прямые измерения обмена CO2, или потоков между воздухом и морем, ученые обнаружили, что океан вокруг Антарктиды поглощает на 25% больше CO2, чем предполагалось ранее по косвенным оценкам, основанным на данных с кораблей.

Южный океан играет важную роль в поглощении CO2, выбрасываемого в результате деятельности человека, что является жизненно важным процессом для контроля климата Земли. Однако существуют большие неопределенности в величине и изменчивости этого потока.

До сих пор его оценивали с помощью судовых измерений, например собранных для Атласа СО2 поверхностного океана (SOCAT) с исследовательских судов и парусных беспилотников, данных с профилирующих буев, размещенных в океане, и моделей биогеохимии глобального океана. Эти различные подходы привели к большим различиям в оценках.

В новом исследовании для прямого измерения потоков CO2 из воздуха в море во время семи исследовательских экспедиций в этом регионе использовалась новая методика, называемая «вихревой ковариант», с помощью систем потоков, установленных на носовых мачтах кораблей.

Результаты, опубликованные в журнале Science Advances, показывают, что летом Южный океан, скорее всего, является мощным поглотителем CO2, опровергая гораздо более слабые оценки, основанные на данных буев и модельных симуляциях, которые, по словам авторов, существенно недооценивают наблюдаемое поглощение CO2.

Авторы утверждают, что эта разница может быть объяснена колебаниями температуры в верхних слоях океана и ограниченным разрешением, например усреднением по слишком длинной временной шкале или отбором проб на слишком большом интервале. Они добавляют, что текущие модели и данные буев не учитывают небольшие интенсивные события поглощения CO2.

Ведущий автор исследования Юаньсю Донг из Центра океанических и атмосферных наук (COAS) и PML UEA сказал: «Впервые большое количество прямых наблюдений за потоками CO2 в воздухе и море было использовано для оценки существующих продуктов потоков в Южном океане. Наши результаты представляют собой прямое наблюдательное доказательство того, что этот океан может поглощать больше CO2, чем считалось ранее».

По словам исследователей, точная количественная оценка поглотителя CO2 в Южном океане необходима для оценки климата Земли. Однако это самый неопределенный регион в отношении оценки его способности поглощать CO2. «Наше исследование уменьшает эту неопределенность и улучшает понимание поглощения CO2 Южным океаном, и мы рекомендуем, чтобы будущие оценки включали температурные поправки и реконструкцию с более высоким разрешением и моделирование», — говорят исследователи.

Команда, в которую также вошли ученые из Институтов Альфреда Вегенера и Макса Планка в Германии, Фландрского морского института в Бельгии и Гавайского университета в США, изучила несоответствия в существующих оценках потоков CO2, а затем использовала вихревые ковариационные наблюдения за потоками для оценки различных наборов данных.

Данные экспедиции охватывают примерно 3,3 тыс. часов — около 175 дней — измерений в период антарктического лета 2019 и 2020 гг., определяемый в исследовании как период с ноября по апрель, над областью высокодинамичных фронтальных зон. Измерения проводились ежечасно, в то время как, например, с буев — примерно раз в 10 дней.

Доктор Мингси Янг, соавтор исследования и химик-океанограф из PML, сказал, что Южный океан является ключевым поглотителем CO2, но масштабы и местоположение этого поглощения океаном остаются неопределенными. По его словам, автономная и высокочастотная система вихревой ковариации PML позволила значительно увеличить количество прямых измерений потоков CO2 в воздухе и море в регионе.

«В данной работе впервые проводится сравнение между прямыми измерениями потока CO2 и оценками, полученными с помощью продуктов грубых данных и глобальных моделей в крупном пространственно-временном масштабе. Она помогла подтвердить эти данные и пролить свет на пути их улучшения», — добавил он.

Недостаток зимних данных — общая проблема судов из-за труднодоступности региона в это время, которую частично решают буи. Признавая, что данные их экспедиции охватывают только некоторые части Южного океана летом, авторы говорят, что для улучшения оценок потоков CO2 в воздухе и море необходимы дальнейшие усилия по проведению высококачественных наблюдений.

Это может включать в себя расширение измерений на большем количестве судов, а также дальнейшее развертывание буев и парусных дронов, особенно в зимний сезон. Дополнительные наблюдения зимой с помощью необслуживаемых платформ также помогут восполнить сезонный пробел в данных.

Профессор Том Белл, соавтор исследования и биогеохимик океана и атмосферы PML, добавил: «Мы недавно перенесли нашу систему измерения потоков на новый ледокол RRS Sir David Attenborough и собрали первый набор измерений потоков во время исследовательской экспедиции в море Уэдделла в начале этого года. Мы намерены продолжать эту ценную работу в ближайшие годы, необходимую для мониторинга текущего климата и прогнозирования будущих изменений».

Исследователи также предупреждают, что объем судовых измерений СО2 в поверхностных слоях океана резко сократился в последние годы, отчасти из-за пандемии COVID, а также из-за сокращения финансирования. Например, количество ежегодных наборов данных в SOCAT сократилось на 35% с 2017 по 2021 год — и на 40% для Южного океана.

Доктор Доротея Баккер, сотрудник COAS UEA и председатель SOCAT, сказала, что существует реальная потребность в постоянном и расширенном финансировании измерений CO2 в поверхностных слоях океана и их обобщения в SOCAT, чтобы ограничить поглощение CO2 в Южном океане, поддержать инициативу Всемирной метеорологической организации по мониторингу глобальных парниковых газов и информировать о климатической политике.

Ранее ученые обнаружили самые древние в мире, возрастом 34 тыс. лет, и до сих пор обитаемые термитники вдоль реки Баффелс в Намакваленде, которые помогают бороться с CO2. Это позволило получить ключевые сведения о древних климатических условиях и хранении углерода. Эти термитники, на языке африкаанс heuweltjies, что означает маленькие холмы, населены южными термитами-жнецами Microhodotermes viator.