Воздействие океанской конвейерной ленты

Поверхностные течения океана перераспределяют тепло по всему миру и оказывают глубокое влияние на мировой климат. Нигде это не проявляется так ясно, как в северной части Атлантического океана. Гольфстрим и Североатлантическое течение переправляют огромные объемы теплой соленой тропической воды на север к побережью Гренландии и в северные моря. Тепло, излучаемое этой водой, помогает сохранять страны северо-западной Европы, находящиеся на одной широте с Лабрадором и Гренландией, относительно комфортными местами для жизни.

Однако многие ученые предупреждают, что Северная Атлантика может остыть, возможно, на рубеже веков. Как ни парадоксально, виновато глобальное потепление. Повышение температуры может спровоцировать события, которые могут не только замедлить поступление тропической воды, текущей на север, но и нарушить всю схему циркуляции океана.

Этот сценарий привел к диким разговорам о начале нового ледникового периода, идея, которую ученые-климатологи повсеместно отвергают. Тем не менее, воздействие на мировой климат может быть глубоким. Поэтому ученые изо всех сил пытаются собрать данные о циркуляции океана и движущих силах.

Циркуляция океана состоит из глобальной сети взаимосвязанных течений, встречных течений, глубоководных течений и турбулентных водоворотов. Из этой сложной циркуляции возникает основная модель транспорта. Вода переходит от поверхностных течений к глубоководным течениям, а затем снова возвращается на поверхность, что ученые сравнивают с гигантской конвейерной лентой.Ученые называют этот глобальный конвейер меридиональной опрокидывающей циркуляцией.

Меридиональную опрокидывающую циркуляцию вызывают две основные силы. Во-первых, это ветер. Ветер в сочетании с вращением Земли создает круговороты, которые окружают основные океанские бассейны. Турбулентные водовороты, называемые водоворотами, многие из которых достигают сотен километров в диаметре, вырываются из этих движимых ветром течений и переносят захваченную в них воду в другие части океана.

Вторая сила связана с разницей в плотности воды. Температура и соленость независимо друг от друга влияют на плотность воды. Чем холоднее и соленее вода, тем она плотнее. Когда вода становится плотнее, она тонет.

Здесь Атлантический океан играет ключевую роль. Опять же, Гольфстрим и Североатлантическое течение несут теплую соленую тропическую воду в Лабрадорское и Гренландское моря. Холодные арктические ветры охлаждают эту воду, увеличивая ее плотность. Затем вода опускается, питая глубоководные течения. Такое же создание глубоководных участков, обусловленное плотностью, также происходит в холодных морях Росса и Уэдделла у побережья Антарктиды и, в меньшей степени, в соленом Средиземном море.

Ученые называют эту обусловленную плотностью составляющую меридиональной опрокидывающей циркуляции термохалинной циркуляцией; термо означает тепло и солевой раствор означает соль. Без этого процесса, определяемого плотностью, больше не возникало бы глубоководных течений. Глобальный конвейер остановится.

Ученые используют наблюдения и модели, чтобы проследить сложные пути меридиональной опрокидывающей циркуляции и определить ее силу. Это непосильная задача. Карты, отображающие ход циркуляции, все еще развиваются. Более глубокие течения и, в частности, апвеллинг чрезвычайно трудно измерить. Но некоторые закономерности проясняются.

Начавшись у побережья Гренландии, новообразованная глубокая вода медленно дрейфует на юг вдоль западной окраины Атлантического бассейна.Затем он пересекает экватор и смешивается с глубоководными течениями, огибающими Антарктиду. Модели предполагают, что часть этой воды всплывает на поверхность в этом районе. Однако большая его часть распространяется на север, в Индийский и Тихий океаны, где смешивается с более теплой водой и всплывает на поверхность.

Чтобы замкнуть петлю конвейерной ленты, поверхностные воды текут из Тихого и Индийского океанов обратно в Южную Атлантику, а затем направляются на север. Некоторое количество холодной воды поступает в Южную Атлантику из Тихого океана вокруг южной оконечности Южной Америки. Еще одним важным источником является течение Агульяс в Индийском океане. Это быстрое течение, эквивалентное Гольфстриму в Индийском океане, течет вдоль юго-восточного побережья Африки и проходит мимо оконечности Южной Африки, а затем резко поворачивает на восток. Большие водовороты, называемые кольцами Агульяс, отходят от этого изгиба и несут огромные пучки теплой соленой воды Индийского океана на запад, в Южную Атлантику. Течения несут большую часть этой воды Индийского океана на север к экватору, где солнце нагревает ее еще больше. В конце концов эта вода попадает в Карибский бассейн и попадает в Гольфстрим.

Ученые считают, что эти Кольца Агульяс являются важными источниками соленой воды, которая способствует формированию глубоких вод на севере. Водовороты, возникающие в Средиземном море, и чистое испарение в тропической части Атлантического океана также вносят свой вклад в соленую воду.

Несмотря на свой огромный размах, меридиональная опрокидывающая циркуляция уязвима. Места, где образуются глубоководные течения, составляют менее одного процента площади поверхности океана. Если температура или соленость в этих ограниченных районах изменятся, образование глубоких вод может замедлиться или даже прекратиться.

Есть веские доказательства того, что такое отключение произошло в прошлом, резко изменив климат в мире всего за несколько лет. Одиннадцать тысяч лет назад ледники ледникового периода отступали. В центральной Канаде огромное ледниковое озеро под названием Агассис занимало площадь, большую, чем все Великие озера.Внезапно плотины, удерживающие озеро Агассис, рухнули. Содержимое всего озера устремилось в Северную Атлантику по реке Святого Лаврентия. Это массивное вливание пресной воды разбавило полярные моря до такой степени, что вода перестала быть достаточно плотной, чтобы утонуть. Меридиональная опрокидывающая циркуляция, вероятно, остановилась. Названный поздним дриасом, этот тысячелетний период ознаменовался временным возвращением ледникового периода.

Вскоре мы можем столкнуться с похожей, хотя и гораздо менее радикальной ситуацией. Ученые предсказывают, что повышение температуры приведет к таянию ледяного щита Гренландии. Модели предполагают, что возникающий в результате приток пресной талой воды в полярное море мог ослабить меридиональную опрокидывающую циркуляцию, хотя и не так сильно, как события, которые, как считается, вызвали период позднего дриаса. Тем не менее, он может замедлиться достаточно, чтобы уменьшить поток теплой тропической воды на север в полярные моря. Температура над северо-западной Европой может упасть на пять градусов по Цельсию.

Как и ожидалось, разговоры о таком сценарии привели к некоторым большим заблуждениям. Во-первых, замедление или даже остановка меридиональной опрокидывающей циркуляции НЕ означает конец Гольфстрима. Ветер и крупномасштабная турбулентность приводят в движение большую часть Атлантического субтропического круговорота, частью которого является Гольфстрим. Однако Гольфстрим заберет значительно меньше воды из тропиков.

Во-вторых, в отличие от позднего дриаса, ослабление меридиональной опрокидывающей циркуляции НЕ вызовет новый ледниковый период. Повышение температуры из-за глобального потепления компенсирует большую часть падения температуры. Армады айсбергов, дрейфующие у побережья Нью-Джерси, — всего лишь голливудские фантазии.

Но даже при отсутствии этих самых экстремальных сценариев любое нарушение меридиональной опрокидывающей циркуляции может иметь далеко идущие последствия. Модели и палеоклиматические данные предполагают, что по мере того, как меньше теплой воды течет на север через экватор, южные океаны будут нагреваться.Таким образом, тепловой экватор (полоса самых высоких температур), вероятно, сдвинется на юг. За ними последуют пояса тропических дождей, которые изменят режим выпадения осадков. Уменьшение нисходящего потока приведет к доставке меньшего количества кислорода в глубины океана, а уменьшение апвеллинга приведет к подъему со дна меньшего количества питательных веществ, что потенциально может разрушить океанские экосистемы.

Мониторинг меридиональной опрокидывающей циркуляции и выявление изменений в термохалинной циркуляции сложны. Чтобы отделить реальные тенденции циркуляции океана от естественной изменчивости, ученым требуются огромные объемы данных, собранных за длительный период времени. Глобальная сеть поверхностных и глубинных дрифтеров ARGO, которые измеряют течения, температуру воды и соленость, составляет основу этих усилий. Пришвартованные буи измеряют направленные на юг глубоководные течения в стратегических точках Атлантики. Спутники измеряют ветер, температуру поверхности моря и высоту поверхности моря, а такие программы, как OSCAR, рассчитывают поверхностные течения на основе этих измерений. В 2010 году новый спутник Aquarius начнет измерять соленость поверхности всего океана. Эти наблюдения уже составляют основу для моделей глобальной циркуляции океана и климата, которые помогают ученым предсказывать, как океаны и климат будут реагировать на потепление Земли.

Глобальные поверхностные течения океана
(щелкните изображение, чтобы увеличить)
Кредит: PhysicalGeography.net

Глобальная океаническая конвейерная лента показана выше на упрощенной иллюстрации.

Пути, связанные с превращением теплых субтропических вод в более холодные субполярные и полярные воды в северной части Северной Атлантики. Вдоль пути субполярного круговорота переход от красного к желтому указывает на охлаждение морской воды Лабрадора, которая течет обратно к субтропическому круговороту на западе в виде течения промежуточной глубины (желтый).
Фото: © Джек Кук, Океанографический институт Вудс-Хоул Океанографический институт Вудс-Хоул (WHOI) и журнал Oceanus. http://oceanusmag.whoi.edu/index.html

Данные о ветре — На изображении выше показаны скорость и направление ветра в Тихом и Атлантическом океанах 1 августа 1999 года, собранные радиолокационным прибором SeaWinds, установленным на борту спутника QuikScat. (Нажмите на изображение, чтобы увеличить)

(нажмите на стрелку, чтобы воспроизвести версию с высоким разрешением)

Предоставлено лабораторией концептуальных изображений NASA/Центра космических полетов имени Годдарда.
Описание — Исходная страница
QuickTime — Высокое разрешение | Низкое разрешение
Windows Media — Высокое разрешение | Низкое разрешение

(Если видео выше не воспроизводится, установите Adobe Flash)
(нажмите на стрелку, чтобы воспроизвести версию с высоким разрешением)

Течение Агульяс. Анимация фокусируется на течении Агульяс (крупном поверхностном течении), которое течет вокруг южной оконечности Африки. Мелкомасштабная вихревая структура разрешена и очевидна. Обратите внимание, что черный цвет указывает на самые высокие температуры поверхности океана, а светло-голубой цвет указывает на самые низкие температуры. Моделирование температуры поверхности моря (SST) на основе объединенной модели атмосферы и океана с высоким разрешением Лаборатории геофизической гидродинамики (GFDL).
Авторы и права: Энтони Розати (GFDL) и Крис Керр (GFDL), Принстонский университет.