Океанические водные толщи не стоят на месте. Помимо крупномасштабных течений, в морях появляются, движутся и исчезают мезомасштабные вихри — водовороты диаметром от десятков до сотен километров. Они играют значимую роль в перемещении воды, тепла, соли и биогенов и влияют на региональный и глобальный климат. Также вихри способствуют увеличению числа живых организмов в тех или иных районах океана.
Изучая эти процессы, ученые из Московского физико-технического института, Санкт-Петербургского государственного университета и Университета Тромсе (Норвегия) проанализировали данные спутниковых и натурных измерений по Норвежскому морю с целью понять, как вихри влияют на распределение хлорофилла (пигмента фитопланктона, который служит основным индикатором его биомассы) в поверхностном слое океана. Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Marine Science.
«Хлорофилл — один из ключевых маркеров биопродуктивности. Он указывает на скопление микроводорослей — первого звена морских пищевых цепей. Поэтому, помимо фундаментального значения, научная работа интересна с практической точки зрения. Она способствует выявлению зон повышенной первичной продукции, что важно для рыболовства», — объяснил один из авторов публикации, старший научный сотрудник лаборатории арктической океанологии МФТИ Никита Сандалюк.
По его словам, вихревые процессы существуют практически везде. Однако их влияние на биопродуктивность зависит от конкретного региона и местного климатического режима. Норвежское море представляет интерес для исследователей, потому что оно отличается высокой вихревой активностью и сложными динамическими процессами. Кроме того, по этому региону в мире накоплено много аналитической информации.
В ходе исследования ученые использовали данные спутниковой альтиметрии (измерения высоты поверхности океана) и буев Bio-Argo — плавучих автономных станций, которые погружаются на глубину до двух километров и непрерывно измеряют параметры водной среды. Всего в рамках исследования ученые обработали более 10 тысяч профилей Bio-Argo. Анализ охватил период наблюдений с 2010 по 2024 год.
В центре внимания оказались оба известных типа вихрей. Это циклоны, которые в северном полушарии закручивают водные массы против часовой стрелки и поднимают их наверх, и антициклоны, которые, наоборот, вращают воду в противоположном направлении и опускают верхние слои в глубину.
Главным результатом исследования стал вывод о том, что в Норвежском море любые типы вихрей — и циклоны, и антициклоны — способствуют повышению концентрации хлорофилла. При этом вторые не уступают первым по продуктивности, а в июне и июле иногда даже превосходят их. Это стало неожиданностью, потому что по классической теории антициклонические вихри должны, наоборот, опускать питательные вещества вниз и подавлять развитие фитопланктонных сообществ.
«Анализ показал, что оба типа вихрей связаны с положительными подповерхностными аномалиями хлорофилла, достигающими 0,5–0,7 миллиграмма на кубический метр. Причем наиболее сильные сигналы ограничены верхним 50-метровым слоем. В циклонических вихрях пик аномалий наблюдается на глубине около 25 метров, а у антициклонических — более сложная дипольноподобная структура с максимумами как в ядре, так и на периферии, в слое на глубинах примерно 20–50 метров», — объяснил Никита Сандалюк.
В ходе научной работы, ученые предложили гипотезу, которая объясняет повышенное содержание хлорофилла в антициклонах. По их мнению, в таких структурах одновременно работают два механизма: классический механизм вихревой накачки и так называемая экмановская накачка. Последняя возникает под действием ветра: из-за особенностей его пространственного распределения происходит подъем глубинных вод в верхние слои океана в антициклонических вихрях.
Еще одним важным итогом исследования стало открытие экстремально высокого содержания хлорофилла в Лофотенском вихре — огромном антициклоне, который постоянно существует в центральной части Лофотенской котловины. Она расположена между материковой Норвегией и архипелагом Шпицберген.
По словам ученых, в практическом плане эти результаты полезны в первую очередь для рыбной промышленности. В частности, высокая концентрация хлорофилла косвенно свидетельствует о повышенной биомассе фитопланктона, который, в свою очередь, играет значимую роль в поддержании популяций веслоногих рачков (калянусов) — продуктовой базы для коммерческих видов рыб, например трески и сельди.
Как отметили ученые, разработанный метод можно применять не только в Норвежском море. В российской экономической зоне он может быть востребован для исследования влияния вихрей на биопродуктивность поверхностного слоя в Баренцевом, Охотском, Беринговом и Черном морях. Однако в этих регионах практически отсутствуют буи Bio-Argo, что обусловливает важность проведения в российских морях регулярных экспедиционных исследований.