Учёные разгадали тайну турбулентности океана в Арктике

Океанологи впервые за много лет объяснили характер сезонных изменений водоворотов в Арктике. Результаты исследования опубликованы в журнале "Journal of Physical Oceanography". 

Крупные водовороты в океане действуют как и атмосферные циклоны - они перемешивают толщу воды, разносят тепло и питательные вещества по всей планете. Однако, если в большинстве океанов водовороты проявлены на всех глубинах, а сильнее всего на поверхности, то в Северном ледовитом океане картина другая - летом водовороты в Арктике работают, как в других частях Мирового океана, а зимой они затихают вблизи поверхности, опускаясь на глубину 50 метров и более. Эта сезонная смена в арктической вихревой активности океана несколько десятилетий озадачивала ученых. 

Теперь американские океанологи из Массачусетского технологического института вместе с коллегами из Норвегии и Франции нашли объяснение загадочной турбулентности океана в Арктике - оказывается, причина в силах трения льда и стратификации океана. 

Учёные обнаружили, что зимой лёд, действуя подобно фрикционному тормозу, замедляет поверхностные воды, не позволяя им превращаться в турбулентные водовороты. При этом на глубинах от 50 до 300 метров более плотные солёные слои океана продолжают перемешиваться круглый год. 

"В большей части океана эти водовороты простираются до поверхности. Но арктической зимой мы обнаруживаем, что водовороты как бы живут под поверхностью, как подводные лодки, болтающиеся на глубине, и не поднимаются на поверхность", - сказал один из авторов исследования, профессор океанографии Джона Маршалл.

В своём исследовании учёные использовали данные об активности Северного Ледовитого океана Океанографического института Вудс-Хоул, собранные с датчиков, измеряющих скорость воды на разных глубинах в период с 2003 по 2018 год. 

"Усреднённые данные позволили выявить чёткую сезонную тенденцию: в летние месяцы с очень небольшим ледяным покровом ученые наблюдали высокие скорости и большую вихревую активность на всех глубинах, а зимой, по мере роста и увеличения толщины льда, водовороты на мелководье исчезали, тогда как более глубокие воды продолжали проявлять высокую скорость движения", - уточнили авторы исследования. 

Чтобы выяснить причину этого любопытного сезонного изменения вихревой активности, исследователи провели "анализ бароклинной нестабильности". Эта модель использует набор уравнений, описывающих физику океана, и определяет, как развиваются нестабильные системы, такие как водовороты, при различных условиях. 

Исследователи обнаружили, что без трения со льдом водовороты свободно образуются на всех глубинах океана. С увеличением трения и толщины льда скорость движения воды замедляется, и водовороты исчезают на первых 50 метрах океана. Ниже этой границы, где плотность воды в силу стратификации резко меняется, водовороты продолжают вращаться. 

Результаты исследования предполагают, что в будущем турбулентность Северного Ледовитого океана будет только увеличиваться. При меньшем количестве льда вода будет свободно закручиваться в водовороты и на поверхности, и на глубине. Повышенная активность может принести теплую воду из других частей мира, что приведет к дальнейшему нагреванию Арктики. 

"По мере того как Арктика нагревается, этот механизм миграции водоворотов исчезнет, ??потому что летом льда не будет, а зимой он будет более подвижным. Таким образом, мы ожидаем увидеть в будущем Арктику гораздо более нестабильной, что будет иметь серьезные последствия для крупномасштабной динамики климатической системы", - объясняет Маршалл.

Авторы рассчитывают, что их данные будут учтены в климатических моделях для получения более точных прогнозов изменения климата в Арктике и по всему миру.