Таяние льдов усилит турбулентность в полярных океанах

Международная группа ученых представила новые доказательства того, что глобальное потепление и сокращение морского льда приведут к резкому усилению турбулентности океана. Исследование, опубликованное в журнале Nature Climate Change, показывает, что в Арктике и Южном океане значительно активизируется процесс, известный как «горизонтальное перемешивание». Это явление можно сравнить с медленным, но мощным перемешиванием воды в гигантском масштабе.

Горизонтальное перемешивание играет ключевую роль в жизни океана. Оно происходит под действием ветров и океанских вихрей на участках от десятков до сотен километров, распределяя тепло и питательные вещества. От этого процесса зависит распространение планктона – основы морской пищевой цепи. Кроме того, перемешивание определяет пути миграции икры и личинок рыб, а также влияет на распространение загрязнителей, таких как микропластик.

Изучение полярных регионов с помощью кораблей и спутников затруднено из-за их удаленности. Поэтому климатологи полагаются на компьютерное моделирование. Однако большинство существующих моделей не обладают достаточным разрешением, чтобы точно воспроизвести мелкомасштабные океанские течения. Чтобы преодолеть это ограничение, южнокорейская команда использовала модель сверхвысокого разрешения CESM-UHR на суперкомпьютере, смоделировав сценарии с текущим, удвоенным и учетверенным содержанием CO2 в атмосфере.

Результаты моделирования показали явное будущее усиление горизонтального перемешивания вод в Северном Ледовитом океане и вдоль побережья Антарктиды. Главной причиной этого стал прогнозируемый резкий спад площади морского льда. Ученые обнаружили, что механизмы, связывающие потерю льда с усилением перемешивания, в двух полярных регионах различаются.

В Арктике исчезновение льда позволяет ветру передавать больше механической энергии непосредственно океану. Без ледяного покрова ветровое воздействие усиливает как средние течения, так и образование вихрей в верхних слоях воды, что в конечном итоге приводит к более интенсивному перемешиванию. В прибрежных районах Антарктиды, напротив, таяние морского льда приводит к опреснению воды у берега. Это создает больший перепад плотности между прибрежными и морскими водами, что ускоряет океанские течения и активизирует вихревую активность.

«Контраст между Северным Ледовитым океаном, окруженным континентами, и Южным океаном, где континент окружен океаном, создает разные физические условия. Но результат для перемешивания воды в условиях потепления оказывается весьма схожим», – отметил ведущий автор исследования И Гюсок. Экологические последствия могут быть серьезными. «Горизонтальное перемешивание имеет решающее значение для переноса личинок рыб. В умеренных количествах этот процесс связывает популяции, способствуя генетическому обмену. Однако при его усилении личинки могут быть унесены в непригодные для выживания районы», – поясняет соавтор исследования, профессор Ли Джун-Йи.

Ожидается, что усиление перемешивания вызовет серьезные изменения в морских экосистемах и в распространении загрязняющих веществ, поэтому необходимы срочные дальнейшие исследования. По словам профессора Акселя Тиммерманна, директора Центра физики климата IBS, сейчас ведется разработка нового поколения моделей, которые позволят лучше интегрировать взаимодействия между климатом и живыми организмами. Это углубит понимание того, как полярные экосистемы реагируют на глобальное потепление.