На суше давно известны волны тепла и похолоданиями. Но глубокое море также переживает длительные периоды жары и холода. Морские волны тепла и холода могут нанести серьезный ущерб океаническим экосистемам и средам обитания, таким как коралловые рифы. Эти экстремальные явления также могут заставить виды переселиться или умереть и вызвать внезапные потери для рыболовства.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature, ученые показали, что почти половина волн тепла и похолоданий, достигающих сумеречной зоны океана — от 200 до 1000 метров — вызваны крупными вихревыми течениями, завихряющимися потоками, которые переносят теплую или холодную воду.
По мере нагревания океанов волны тепла, связанные с вихревыми течениями, становятся все более интенсивными, а вместе с ними и резкие похолодания. Они представляют потенциальную угрозу для огромного количества жизни в сумеречной зоне, где обитают самые многочисленные позвоночные в мире и где проходит самая большая миграция на планете.
Около 90% тепла, удерживаемого парниковыми газами, ушло в океаны. В результате морские волны тепла приходят чаще — особенно у восточного побережья Австралии, Тасмании, северо-восточного побережья Тихого океана в США и в Северной Атлантике.
Исследователи долгое время полагались на спутниковые измерения температур на поверхности океана, чтобы обнаружить эти экстремальные явления температуры океана. Температура поверхности напрямую зависит от атмосферы. Но на глубине все по-другому.
Спутники не могут измерять температуру под поверхностью, что значительно затрудняет наблюдение за глубоководными районами .
Вместо этого есть несколько долгосрочных причалов — измерительных буев, подвешенных на глубине — по всему мировому океану. Они чрезвычайно ценны, поскольку непрерывно регистрируют температуру и позволяют обнаруживать экстремальные изменения температуры.
За последние десятилетия были достигнуты долгожданные успехи в виде поплавков Argo — роботов-водолазов, которые погружаются на глубину 2000 метров и всплывают на поверхность, измеряя температуру и соленость по мере погружения.
Данные из этих двух источников в сочетании с традиционными измерениями на судах сделали новое исследование возможным.
Данные дали ученым два миллиона высококачественных показаний температуры или «профилей» по всему мировому океану, охватывающих три десятилетия. Ученые использовали эти богатые данные, чтобы раскрыть роль вихревых течений.
Океанические водовороты — это огромные петли закрученного течения, иногда достигающие сотен километров в поперечнике и достигающие глубины более 1000 метров. Они настолько велики, что их можно увидеть на спутниковых снимках.
Эти мощные течения могут толкать теплую поверхностную воду глубже или поднимать глубинную холодную воду вверх, вызывая быстрые изменения температуры. Водовороты могут перемещаться на большие расстояния, прежде чем рассеяться, унося с собой массы более холодной или более теплой воды.
Ученые выявили их роль в возникновении сильных волн тепла и похолоданий, изучив каждый температурный профиль и сопоставив его с вихрями, присутствующими в то же время и в том же месте.
Это показало, что водовороты играют важную роль в возникновении морских волн тепла и похолоданий в водах глубиной более 100 метров, особенно в океанах средних широт к северу и югу от тропиков.
Восточно-Австралийское течение переносит теплую воду на юг вдоль восточного побережья, вызывая множество водоворотов. Более 70% более глубоких морских тепловых волн в этой области на самом деле происходили внутри океанских водоворотов.
Когда вихри в этом течении вращаются против часовой стрелки, они, как правило, приносят морские тепловые волны, перенося теплую воду на глубину. Но когда они вращаются по часовой стрелке, они поднимают холодную глубинную воду выше, принося холодные периоды.
Ученые обнаружили, что глубокие экстремальные температурные явления, связанные с вихрями, чаще наблюдаются в крупных пограничных течениях океана, таких как Восточно-Австралийское и Куросио в Тихом океане и Гольфстрим в Атлантике. Глубокие морские волны тепла также возникают в течении Лиувина у берегов Западной Австралии. Чем сильнее вихревые течения, тем больше вероятность того, что они вызовут экстремальные температуры на большей глубине.
Вихревые течения являются основной причиной почти половины всех глубоководных волн тепла и холода в океане. Другие движущие силы включают в себя фронты температуры океана от сильных океанских течений и крупномасштабных океанских волн.
День за днем тепло, удерживаемое парниковыми газами, проникает в океаны.
Можно было бы ожидать увеличения морских тепловых волн, что и происходит. Но похолодания никуда не делись. Фактически, экстремальные значения как тепла, так и холода становятся более интенсивными в более глубоких слоях океана по мере изменения климата.
Исследования показывают, что вихревые течения увеличивают скорость потепления морских тепловых волн и скорость охлаждения холодных периодов. Более теплые океаны в целом приводят к более сильным вихревым течениям, которые, в свою очередь, способны вызывать большие изменения температуры на большем вертикальном расстоянии.
Поскольку можно обнаружить океанские водовороты с помощью спутников, ученые могут использовать это исследование для прогнозирования того, когда вероятны более глубокие морские волны тепла и холода. Это поможет определить, какие экосистемы, скорее всего, пострадают от экстремальной жары или холода, и оценить, какой ущерб они нанесут.
Слой океана, на который влияют эти крайности, называется сумеречной зоной — глубиной от 200 до 1000 метров. Эти глубины являются домом для многих важных видов рыб и планктона. Фактически, в этой зоне больше биомассы рыб, чем во всем остальном океане вместе взятом. Одна маленькая рыба, щетинорот, вероятно, является самым многочисленным позвоночным на Земле, потенциально насчитывая квадриллионы — тысячи триллионов.
Когда наступает ночь, огромное количество рыб, ракообразных и других существ мигрируют к поверхности, чтобы питаться в ходе крупнейшей миграции животных на Земле. Днем многие рыбы открытого океана направляются в сумерки, чтобы избежать акул, китов и других поверхностных хищников.
Тепло и холод, приносимые водоворотами, не являются единственной угрозой для сумеречной зоны. Морские тепловые волны могут привести к низкому уровню кислорода в воде и уменьшению питательных веществ. Теперь нужно будет еще выяснить, какую угрозу эти комбинированные изменения представляют для жизни в сумерках.
