Вода озера Мичиган нагревается, и ученые не знают, почему

Долгосрочное исследование, опубликованное сегодня в Nature Communications от NOAA, показывает тенденцию к потеплению глубоководных температур, которая предвещает глубокие экологические изменения на горизонте. Хотя этот последний индекс изменения климата менее заметен, чем потеря ледяного покрова и повышение температуры поверхности озера, он добавляет все больше свидетельств воздействия изменения климата в регионе.

Используя 30-летний набор данных измерений температуры глубоководной воды, ученые Лаборатории экологических исследований Великих озер NOAA исследовали, как изменение климата влияет на сезонные модели смешивания в озере Мичиган. Оказывается, то, что происходит на поверхности озера летом, на самом деле влияет на глубокие воды озера зимой.

«Мы обнаружили, что этот набор долгосрочных данных не только подтверждает, что глубокие воды озера Мичиган нагреваются, но также показывает, что зима уходит из них.— сказал Эрик Андерсон из NOAA GLERL, ведущий автор исследования. Поскольку изменение климата постепенно задерживало наступление более прохладной осенней погоды за последние три десятилетия, глубокие воды озера Мичиган отразили это изменение, показав более короткие зимние сезоны.

Этот ключевой вывод может указывать на некоторые драматические изменения в обозримом будущем, поскольку повышение общей температуры воды в озере может привести к постоянным изменениям в сезонных моделях перемешивания воды. В конечном итоге это может изменить уровень первичной продуктивности озера Мичиган, что неизбежно нарушит структуру всей его пищевой сети — изменение, которое может оказать негативное влияние на рыболовство и отдых. «Без высокочастотного долгосрочного мониторинга подземных вод глубоких озер мира, — сказал Андерсон, — мы не заметим воздействия изменения климата на большую часть пресных поверхностных вод Земли».

Важность мониторинга под поверхностью

Наша способность собирать данные о поверхности озер с помощью спутников, буев и образцов воды за последние несколько десятилетий значительно продвинулась, помогая ученым понять, как большие озера во всем мире реагируют на изменение климата. Но поскольку многие из них, в том числе Великие озера, имеют глубину в несколько сотен футов, эти поверхностные измерения не говорят всей истории о том, что происходит вне поля зрения спутников. Глубоководные измерения с высокой временной периодичностью встречаются гораздо реже, особенно в масштабах лет или десятилетий.

В новом исследовании NOAA GLERL анализирует 30-летний набор данных о подземной температуре, чтобы понять, что глубокие воды озера Мичиган говорят нам об изменении климата Земли. Ученые использовали длинную цепочку высокотехнологичных термометров, называемую термисторной цепочкой, которая плавает вертикально в воде и регистрирует температуру на разной глубине в озере. Этот прибор почти непрерывно регистрировал температуру воды каждый час в течение последних трех десятилетий. Озеро Мичиган, вероятно, единственное в мире большое озеро, где проводятся долгосрочные наблюдения за температурой воды на глубине.

Это новаторское исследование исследует круглогодичные изменения температуры озера в толще воды, а не только температуру поверхности озера летом. «Для небольших неглубоких озер летняя температура поверхности является разумным представлением того, что происходит с этими озерами в целом.— сказал Андерсон, —но для наших крупнейших озер, таких как озеро Мичиган, это не всегда так.”

Вы помните, 3 недели назад во время сильной заморозки …

Подземные воды в глубоких озерах могут служить важным сигналом, поскольку они объединяют условия на протяжении многих лет, обеспечивая «климатическую память» и могут помочь определить потенциал экологических и физических изменений в озере.

«Одним из наиболее важных результатов этого исследования является лучшее понимание изменений подповерхностного теплосодержания Великих озер,— сказал соавтор исследования Эндрю Гроневольд из Школы окружающей среды и устойчивого развития Мичиганского университета. «Интересно, что ученые также изучали изменения теплосодержания океанов, чтобы лучше понять последствия изменения климата. Это исследование представляет собой логичный и захватывающий подход к рассмотрению крупнейших пресных поверхностных вод Земли с аналогичной точки зрения.”

Объяснение апвеллинга и даунвеллинга

Вы когда-нибудь слышали, чтобы кто-нибудь сказал, что вода вдоль пляжей Иллинойса или Висконсина холоднее, чем у Мичигана? Как такое могло быть? Я имею в виду, что температура воздуха в Чикаго и Бентон-Харбор в Мичигане может быть одинаковой, но температура озера в этих двух местах может быть совершенно разной. Почему?

Ответ полностью связан с географией.

Вся вода приводится в движение ветром. В районе Великих озер преобладающие ветры, называемые преобладающими западными ветрами, обычно движутся с запада на восток. Они движутся в этом направлении, потому что Земля вращается против часовой стрелки. Следовательно, западные потоки отталкивают воду озера от западного берега к востоку.

Одной из важных характеристик воды является то, что чем холоднее она становится, тем она становится тяжелее. Теплая вода легче, менее плотная, а значит, ее молекулы более разбросаны. Поэтому теплая вода поднимается на поверхность, а холодная опускается на дно. Плотность пресной воды наиболее высока, когда температура составляет 39,2 ° F. Это означает, что температура воды на дне Великих озер — или любого озера, которое простирается глубже пикноклина (1000 м) — всегда будет 39,2 ° F!

Когда ветер отталкивает воду от берега Чикаго, выталкиваемую им воду необходимо заменить. В то же время воде, выталкиваемой к берегу Мичигана, нужно куда-то уходить. Это движение воды называется апвеллингом и нисходящим потоком.

На берегу Чикаго наблюдается апвеллинг, то есть вода, отталкиваемая ветром, заменяется плотной холодной водой со дна озера. Даунвеллинг обратный этому. В Мичигане теплая поверхностная вода опускается на дно, не оставляя шансов холодной воде на дне подняться.

Наибольшие колебания температуры наблюдаются между поздней весной и ранней осенью. В эти месяцы температура поверхности озера Мичиган может варьироваться на 15-20 градусов между западным и восточным берегами. То же самое и с любыми другими четырьмя озерами. Зимой температура на поверхности озер почти такая же низкая, как и на дне. Он либо заморожен (32 ° F), либо просто залит холодной плотной водой. Взгляните на эти температурные карты, составленные Национальной ассоциацией океанических и атмосферных исследований (NOAA).

Первый — весной 2014 года. Обратите внимание на повышение температуры поверхности, начиная с середины Индианы на озере Мичиган. Они проходят мимо Маскегона.

Такое же колебание наблюдается и летом. Наибольшая разница наблюдается на береговой линии Висконсина, между Милуоки и Грин-Бей (светло-зеленый), по сравнению с береговой линией к северу от Маскегона (коричневый и красный). Оба эти региона в основном находятся на одной широте, но разница в температуре воды составляет до 15 градусов! Это апвеллинг и даунвеллинг в полной мере.

Тенденция продолжается до осени.

А к зиме колебания утихают, и остается сочетание холодной плотной воды и… льда.

Участок в загадке изменения климата

Глубоководные условия крупнейших озер Земли считаются недостающей частью головоломки глобального изменения климата. Работа NOAA над озером Мичиган проложит путь к лучшему пониманию этой головоломки в будущем.

Для миллионов людей, которые полагаются на пресноводные озера в качестве источника питьевой воды, рыболовства и многого другого, изучение изменений, которые испытывают большие озера, имеет важное значение для поддержания устойчивости наших экосистем, сообществ и экономики.