Загадочные водовороты в Арктике

Океанологи раскрыли причину сезонных изменений характера водоворотов в Арктике, которые много лет оставались загадкой. Результаты исследования опубликованы в журнале Journal of Physical Oceanography. Крупные водовороты в океане действуют подобно атмосферным циклонам: перемешивают толщу воды, разносят тепло и питательные вещества по всей планете. Но, 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 похожи на аналогичные процессы 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 (MIT) вместе с коллегами из Франции и Норвегии нашли объяснение загадочной турбулентности океана в Арктике. Оказалось, что причина — в силах трения льда и стратификации океана.

Моделируя физику океана, ученые обнаружили, что зимой лед действует как фрикционный тормоз, замедляя поверхностные воды и не позволяя им превращаться в турбулентные водовороты. При этом на глубинах от 50 до 300 метров более плотные соленые слои океана продолжают перемешиваться круглый год. \"В большей части океана эти водовороты простираются до поверхности, — приводятся в пресс-релизе MIT слова одного из авторов исследования, профессора океанографии Джона Маршалла (John Marshall). — Но арктической зимой мы обнаруживаем, что водовороты как бы живут под поверхностью, как подводные лодки, болтающиеся на глубине, и не поднимаются на поверхность\".

Для своего исследования авторы взяли данные об активности Северного Ледовитого океана, предоставленные Океанографическим институтом Вудс-Хоул, собранные с датчиков, измеряющих скорость воды на разных глубинах в период с 2003 по 2018 год. Усредненные данные позволили выявить четкую 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.

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.

https://youtu.be/GURt46Zc_Ys

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, — объясняет Маршалл. — Таким образом, мы ожидаем увидеть в будущем Арктику гораздо более нестабильной, что будет иметь серьезные последствия для крупномасштабной динамики климатической системы\". Авторы надеются, что их данные будут учтены в климатических моделях для получения более точных прогнозов изменения климата в Арктике и по всему миру.