Антарктический морской лед играет огромную роль в циркуляции Мирового океана

Антарктический морской лед постоянно находится в движении. Cильные ветры относят его дальше от берега в открытый океан. Как показало новое исследование, перемещение льда имеет большое значение для глобальной циркуляции океанских вод.

Ученые использовали компьютерную модель, чтобы объединить результаты многократных наблюдений за океаном и льдом, собранные за шесть лет у берегов Антарктиды, и впервые определить влияние морского льда, ледников, атмосферных осадков и потепления на океаническую «опрокидывающуюся» циркуляцию.

Благодаря опрокидыванию циркуляции вода и питательные вещества из глубины доставляются к поверхности, в то время как поверхностные воды переносятся вниз. Это помогает распределять тепло и сохранять углекислый газ по мере его прохождения через Мировой океан, что делает процесс важным фактором в глобальной климатической системе. Ученые обнаружили, что пресная вода играет основную роль в изменении плотности морской воды, которое вызывает циркуляцию. Таяние плавучего морского льда способствует в 10 раз большему образованию пресной воды, чем таяние наземных ледников. Неотъемлемой частью процесса является сезонная «миграция» льда, в значительной степени обусловленная ветром. Если бы морской лед таял в том же месте, где и формируется, то это исключало бы возникновение эффекта циркуляции.

«При отсутствии ветра и, следовательно, перемещения морского льда от Антарктиды, скорее всего, сила „опрокидывающейся" циркуляции значительно уменьшилась бы», — отметил ведущий автор исследования, океанограф из обсерватории Lamont-Doherty Earth при Университете Колумбии Райан Эбернэзи.

В исследовании, опубликованном на этой неделе в журнале Nature Geoscience, использовался сложный подход для комплексного изучения того, что происходит внизу, подо льдом, где трудно производить прямые наблюдения. Это обеспечило новое понимание основ физики океана и может иметь решающее значение для ответов на вопросы относительно будущего изменения климата, например на такие, как потеря морского льда или как изменения в направлении ветра могут повлиять на глобальную циркуляцию океана.

«Всех интересует, количество морского льда увеличивается или сокращается? Мы смотрим на проблему с другой точки зрения: что делает морской лед с океаном под ним?», — пояснил Эбернэзи.

Когда морской лед каждую зиму образуется по краям Антарктиды, соль в океанской воде не замерзает, а остается в ней. Это делает воду вблизи побережья более соленой и, следовательно, более плотной, чем вода, расположенная дальше от берега. Плотная вода уходит вниз, выталкивая при этом менее плотную воду наверх, что приводит к циркуляции. В то же время лед, который тает в открытом океане, увеличивает количество менее плотной пресной воды, погружая более плотную соленую вниз.

Ученым было известно, что изменения в плотности воды, в частности погружение холодной соленой воды, способствуют глубоководной циркуляции океана. Самая глубокая и холодная ветвь «конвейерной ленты» океанского «транспортера» перемещает холодную антарктическую воду на север вдоль океанического дна. Но было менее понятно, какую роль соленость воды может играть в вертикальной циркуляции, которая переносит воду со средних глубин к поверхности в Южном океане и в конце концов доставляет ее к тропикам.

Используя метод анализа, называемый водно-массовым преобразованием, ученые смогли количественно оценить скорость, при которой замерзание и таяние льда способствуют вертикальной циркуляции, делая воду вблизи побережья более плотной, а воду в открытом океане более легкой.

Океаническая циркуляция имеет ключевое значение для климатической системы, поскольку она распределяет тепло и помогает хранить углекислый газ в глубинах океана.

Ученые полагают, что изменения в циркуляции океана в прошлом оказывали влияние на климат, в том числе в ледниковые периоды. Чтобы понять, как циркуляция может измениться сегодня, они планируют внимательно изучить, как изменялась соленость воды и скорость ветра в прошлом.

«Проведенная работа четко показала, что антарктический морской лед действительно играет огромную роль в циркуляции Мирового океана», — заявил соавтор исследования Пол Холланд из Британской антарктической службы.

«Мы давно знали, что замерзание антарктического морского льда в зимний период отвечает за формирование самых глубоких вод в Мировом океане, но это исследование показывает, что таяние льда летом также регулирует формирование воды в поверхностных слоях. Этот прогресс стал возможным исключительно благодаря компьютерной модели, использованной в данном исследовании, в которой были учтены миллионы наблюдений за океаном».