• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
08.12.2023
ФизТех
6 810

Российские ученые раскрыли причину изменчивости океанических течений на глубине более четырех тысяч метров

4.5

Ученые Института океанологии имени П. П. Ширшова РАН, Морского гидрофизического института РАН и МФТИ обнаружили новый механизм изменчивости циркуляции антарктических вод во впадинах Мирового океана и показали, что даже небольшие вихри на поверхности способны изменять, а в некоторых случаях даже останавливать, придонные течения на глубине более 4000 метров. Эти течения важны с точки зрения климата — именно они переносят наиболее холодные воды из Антарктики к экватору. Физические механизмы, влияющие на это движение, важны для понимания того, как океан перераспределяет тепло между низкими и высокими широтами.

Российские ученые раскрыли причину изменчивости океанических течений на глубине более четырех тысяч метров
Российские ученые раскрыли причину изменчивости океанических течений на глубине более четырех тысяч метров / © Getty images

Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports. Глубинные течения, а также их временная изменчивость остаются наименее изученной частью циркуляции Мирового океана: они невидимы со спутников, не охвачены большинством автономных станций и редко моделируются численными способами. В итоге большинство исследований основано на очень дорогих и трудоемких наблюдениях со специализированных научно-исследовательских судов. В отличие от поверхностных течений, на абиссальную (зона глубин более 3000 метров) циркуляцию существенное влияние оказывает рельеф дна. Так, ключевыми точками, обеспечивающими перенос антарктических донных вод между океаническими котловинами, являются глубоководные проходы, каналы, впадины, желоба и зоны разломов на дне океана. Мониторинг течений в этих ключевых точках и дает основные данные о глубинном водообмене между соседними котловинами.

«Рельеф дна Мирового океана нам известен меньше, чем поверхность Луны или некоторых других планет. При этом именно он полностью определяет глубоководные течения, которые остаются самым неизученным звеном океанической циркуляции. В то время как течения в верхнем слое океана хорошо видны со спутников и достаточно точно рассчитываются с помощью современных компьютерных моделей, придонная циркуляция на глубине трех-четырех километров, как правило, недоступна для таких автоматических методов.

Основным методом исследования остаются экспедиции и измерения непосредственно на месте. Однако удаленность районов исследования, глубины в несколько километров и большие пространственные масштабы исследуемых течений делают эти работы крайне сложными, и течения во многих абиссальных каналах и проходах до сих пор ни разу не измерялись. Именно эти, пока тайные течения океана и являются предметом исследования нашей лаборатории», — рассказал о проекте Дмитрий Фрей, ведущий научный сотрудник лаборатории гидрологических процессов Института океанологии им. Ширшова РАН, доцент кафедры термогидромеханики океана МФТИ.

Ученые проводили исследования в Атлантическом океане, глубинный слой которого заполнен холодной и плотной водой с потенциальной температурой ниже двух градусов. Эта водная масса занимает более трети всего объема Мирового океана, и ее распространение на север является основным компонентом термохалинной циркуляции — типа водообмена, который образуется в результате разницы в плотности воды. Термохалинная циркуляция зависит также от температуры и солености воды и оказывает влияние на климат Земли в глобальном масштабе.

Географическое расположение канала Вима / © Дмитрий Фрей, Дмитрий Борисов

Особое внимание ученых привлекает канал Вима — узкий, длинный канал протяженностью 700 километров на дне, который соединяет две крупномасштабные котловины Юго-Западной Атлантики: Аргентинскую и Бразильскую. В канале Вима наблюдается одно из самых сильных абиссальных течений в Мировом океане — скорость потока может превышать полметра в секунду, что всего вдвое медленнее Гольфстрима, а расход воды через канал как минимум в десять раз превышает сток Амазонки — самой полноводной реки в мире. Этим потоком и был промыт канал Вима — процесс происходит десятки миллионов лет, и сейчас высота стенок канала достигает 500 метров. Подобные глубоководные каналы являются ключевыми точками, контролирующими придонную циркуляцию: они определяют пути распространения донных вод, влияют на водообмен между океаническими котловинами и задают потенциальную температуру в придонном слое Мирового океана.

Исторически ученые получали знания о глубинной циркуляции главным образом по данным измерений термохалинных свойств (температуры и солености) воды, а не по прямым измерениям скорости течений. Однако в узких проходах наподобие канала Вима поток существенным образом ускоряется и его структура становится более информативной, что привлекает к нему внимание исследователей всего мира. При этом измерения, выполненные в канале в течение последних 40 лет, показали, что донные воды в этом районе стабильно теплеют, при этом тренд температуры составляет 0,0019 градуса в год. Сопоставимые тренды потепления наблюдаются в океанских глубинах разных регионов. Ранее измерения показали, что придонная скорость в зависимости от местоположения в канале достигает 55 сантиметров в секунду, однако наблюдения, выполненные в разное время с начала 1980-х годов, выявили наличие изменчивости как в скорости придонного потока, так и в его потенциальной температуре.

«Канал Вима является уникальной природной лабораторией, позволяющей нам исследовать крупномасштабные течения в абиссали Мирового океана. В данном случае на примере канала удалось исследовать временную изменчивость течений, механизмы которой остаются малоизученными. Ученым известно, что периодически поток в канале Вима практически полностью останавливается, а периодически, наоборот, ускоряется почти в два раза. Движущей силой для потока воды в канале является накопленная потенциальная энергия: Аргентинская и Бразильская котловина, по сути, являются сообщающимися сосудами, заполненными водой разной плотности.

Поскольку вода в абиссали Аргентинской котловины более холодная и, соответственно, более тяжелая, формируется поток воды через канал в Бразильскую котловину, где воды в абиссали более теплые и легкие. Таким образом, причины возникновения течения известны, но вот почему наблюдается такая сильная изменчивость? Ответа на этот вопрос нет, и механизмы подобных изменений крайне сложно отследить из-за почти полного отсутствия данных на таких глубинах. Цель нашей работы — приблизиться к пониманию изменчивости абиссальных течений и показать, что процессы на поверхности океана имеют более существенную связь с придонной циркуляцией, чем считалось ранее», — подчеркнул Дмитрий Фрей.

Ученые предложили простое объяснение наблюдаемых изменений придонного течения в канале Вима, включая периодические остановки течения. Основная идея состоит в том, что мезомасштабные вихри (круговые движения воды в верхнем слое океана) изменяют гидростатическое давление во всей толще воды. Гидростатическое давление на входе в канал отличается от давления на выходе, и эта разница заставляет глубинные воды проходить через канал. Естественно предположить, что изменения давления приводят к изменению скорости глубинного течения.

Канал Вима / © Scientific Reports

«За счет большей плотности вод в Аргентинской котловине давление на входе в канал всегда выше, чем на выходе, — эта разница и создает силу, которая приводит в движение воду в канале. В нашей работе мы обнаружили, что это давление существенным образом зависит от процессов на поверхности. Локальные изменения уровня моря, связанные в первую очередь с проходом циклонических и антициклонических вихрей, приводят к изменению давления не только в верхнем слое океана, но и во всей его толще вплоть до абиссальных глубин.

При этом изменения уровня моря хорошо отслеживаются с космических спутников. При сопоставлении данных со спутников и данных подводной автономной обсерватории, установленной на глубине 4500 метров в канале Вима, была обнаружена четкая корреляция между процессами на поверхности и в глубине океана. Процессы на поверхности оказались достаточно сильными, чтобы повлиять на скорость течения на глубине более четырех километров, а раньше считалось, что на такой глубине это влияние несущественно», — заключил Дмитрий Фрей.

Подводная обсерватория, позволившая ученым сделать такой вывод, простояла на дне канала Вима в течение почти четырех лет. Помимо исследования динамики течений, такие данные позволяют фиксировать долговременный тренд потепления абиссальных вод. Эти данные также используются для настройки современных компьютерных моделей, позволяющих рассчитывать всю трехмерную циркуляцию Мирового океана. Физический механизм, описанный в представленном исследовании, открывает дискуссию о важности мезомасштабных вихрей и процессов на границе океана и атмосферы в водообмене между глубоководными котловинами, переносе тепла в океане и возможных реакциях океана на наблюдаемое повышение уровня моря в условиях меняющегося климата.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
Вчера, 12:19
РНФ

Ученые показали, что экстремальный подъем уровня Каспийского моря на десятки метров, произошедший 18-13 тысяч лет назад и получивший название «Великая Хвалынская трансгрессия», мог быть вызван, вопреки существующим гипотезам, не таянием ледника, а естественными изменениями палеоклимата. Оказалось, что из-за холодного климата того периода обширные территории, с которых собирали воду впадающие в Каспий реки, были покрыты многолетней мерзлотой. В результате массы дождевых и талых вод почти не впитывались в мерзлые грунты и стекали в море, испарение с поверхности которого было небольшим. Все эти факторы привели к повышению уровня Каспия и увеличению площади моря более чем вдвое по сравнению с современным. Полученные данные помогут уточнить представления о масштабе колебаний уровня Каспийского моря при изменении климата.

Позавчера, 17:08
Ольга Иванова

Канадские исследователи изучили поведение приматов в естественной среде обитания и пришли к выводу, что те из них, кто имеет врожденные аномалии или покалечен в процессе жизни, вполне неплохо адаптируются к своим недостаткам. Они не только выживают, но и размножаются. Более того, им активно помогают сородичи.

Вчера, 14:56
Илья

Команда ученых, работавшая вместе со съемочной группой National Geographic в отдаленных районах Амазонки, обнаружила ранее не задокументированный вид гигантской анаконды.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

16 февраля
Мария Азарова

Целью нового исследования было понять, какие бактерии полости рта отвечают за продукцию метантиола, или метилмеркаптана — бесцветного токсичного газа с сильным и неприятным запахом, напоминающим зловоние гнилой капусты.

19 февраля
Полина

Подростки чаще пробуют писать музыку, если у них есть возможность получать соответствующее дополнительное образование, а также когда они чувствуют поддержку и преемственность. При этом есть пять типовых траекторий, которые приводят к собственному творчеству.

20 февраля
Полина

В Российской академии наук завершили первый Большой словарь ударений, его издадут к концу года. Лингвисты собрали наиболее современные нормы произношения привычных слов и зафиксировали ударение для лексики, которая появилась в русском языке недавно.

1 февраля
Андрей

Канадские исследователи изучили состав пород, вышедших на поверхность при появлении первых континентов. По итогам анализа выяснилось, что новая земная кора возникла не в результате движения тектонических плит, а из-за процессов в океанических плато молодой Земли.

15 февраля
Дарья Губина

Титан — самый органически богатый спутник с глобальным океаном в Солнечной системе. И все же, сопоставив строение его поверхности с интенсивностью падения метеоритов, ученые пришли к выводу, что в океане спутника Сатурна вряд ли хватает элементов для жизни.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: