Вопреки прогнозам, в 2023 году мировой океан поглотил не на 110 миллионов тонн атмосферного углерода больше, чем обычно, а на 170 миллионов тонн меньше. Обычно в годы сильного Эль-Ниньо ослабевает апвеллинг, и с востока экваториальной части в воздух выбрасывается меньше углекислого газа из глубоководной органики.
Так произошло и в этот раз, но при этом север Атлантики нагрелся настолько, что углекислый газ стал растворяться на морской поверхности слабее, и общий углеродный баланс мирового океана впервые за историю наблюдений во время Эль-Ниньо сместился в сторону выбросов. Такие выводы содержит исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change.
Воды мирового океана непрерывно поглощают углекислый газ из атмосферы — он в них растворяется, причем чем ниже температура морской поверхности, тем лучше растворимость газов, в том числе и CO2. В то же время океан выделяет углекислый газ, потому что мертвая органика в нем разлагается. Особенно заметно это становится, когда происходит апвеллинг — подъем холодных, насыщенных органикой вод к морской поверхности. Эти эффекты — термический (влияние температуры на растворимость газов в воде) и нетермический (выброс CO2 после разложения органики апвеллинга) — во многом определяют углеродный баланс мирового океана.
В 2023 произошел сильный Эль-Ниньо, который, как и всегда, сопровождался ослаблением апвеллинга на востоке экваториальной части Тихого океана. Поскольку меньше органического вещества поднялось к поверхности, выбросы углекислого газа также должны были снизиться, и в предыдущие годы сильного Эль-Ниньо (например, 1997 и 2015) мировой океан за счет этого нетермического эффекта становился более мощным поглотителем CO2.
В 2023 году закономерность нарушилась, и ученые под руководством Йенса Мюллера (Jens Müller) из Швейцарской высшей технической школы Цюриха исследовали причины неожиданного ослабления стока углерода. Авторы использовали данные наблюдений за потоками углекислого газа из базы Surface Ocean CO₂ Atlas и обучили на них биогеохимические модели CESM-ETHZ и FESOM-REcoM, которые воспроизводят потоки углекислого газа соответственно в 60 и 48 вертикальных слоях мирового океана, а также позволяют разделить вклады термического и нетермического эффекта в его углеродный баланс. В качестве базового периода был выбран промежуток времени с 1990 по 2022 годы.
Прогнозы показывали, что в 2023 году мировой океан должен был поглотить на 110 ± 40 миллионов тонн углерода больше, чем в среднем за базовый период. Но оказалось, что он поглотил на 170 ± 120 миллионов тонн углерода меньше, и по оценке ученых ожидания разошлись с реальностью в 2023 году примерно на 280 ± 130 миллионов тонн углерода. Исторический паттерн роста поглощения углерода океаном на фоне Эль-Ниньо был нарушен впервые за историю наблюдений.
Главной причиной такого перелома авторы назвали аномальный нагрев морской поверхности в Северной Атлантике. В тропиках и на экваторе углеродный сток соответствовал ожиданиям: Эль-Ниньо действительно ослабил апвеллинг и сократил выбросы углекислого газа с морской поверхности на востоке экваториальной части Тихого океана вдоль побережья Перу, Эквадора, Чили и Колумбии. В тропиках сток углерода в 2023 году усилился на 110 миллионов тонн, что соответствует трендам предыдущих лет сильного Эль-Ниньо (от 100 до 200 миллионов тонн).
Согласно результатам моделирования, этот нетермический эффект был полностью перекрыт термическим: средняя температура морской поверхности в субтропиках Северной Атлантики в 2023 году оказалась на 0,5 градуса выше, чем средняя температура за базовый период, а летом — выше на градус. Это снизило растворимость углекислого газа и привело к его дополнительным выбросам.
Для роста углеродных выбросов океана не всегда нужен многолетний отклик обратных связей в климатической системе, иногда они быстро и резко возрастают в ответ на прямое вмешательство человека. Так происходит и при донном тралении — вылове рыбы с морского дна, для которого по нему волокут крупную сеть. Согласно оценкам ученых, эта практика за последние 25 лет привела к дополнительным выбросам в атмосферу около девяти миллиардов тонн углерода.