Учёные обнаружили под Антарктидой скоростные океанские магистрали на глубине до километра

Спутник НАСА, предназначенный для наблюдения за поверхностными водами и рельефом океана, совершил открытие, которое переворачивает представления о том, как работает глубинная часть Южного океана. Под Антарктидой обнаружена скрытая транспортная система: узкие коридоры, где вода движется вертикально со скоростью более ста пятидесяти метров в сутки, перенося тепло, углерод, кислород и питательные вещества между поверхностью и глубинами. Раньше эти процессы были невидны для спутниковой техники.

Южный океан — один из важнейших регионов Земли для регулирования планетарного климата. Он поглощает огромное количество тепла из атмосферы и служит одним из крупнейших хранилищ углекислого газа. Однако понимание того, как вещество перемещается с поверхности вглубь океана, оставалось серьёзной проблемой. Большая часть этой активности происходит глубоко под поверхностью и в относительно небольших масштабах, которые трудно наблюдать напрямую.

Исследователи обнаружили не широкое медленное движение воды, равномерно распределённое по океану, а концентрированные пути, где вертикальный перенос сосредоточен в узких полосах. Многие из этих структур имеют ширину всего от десяти до тридцати километров, но при этом способны перемещать воду с большой скоростью через толщу океана на глубины, приближающиеся к тысяче метров.

Прорыв, который изменил картину

Открытие было сделано в высокоэнергичном регионе Южного океана к югу от Тасмании. Этот район известен мощными течениями, крупными океанскими вихрями и сильным взаимодействием между океанскими фронтами и подводными горными хребтами. Он давно считается одной из самых динамичных частей мирового океана. Но новые наблюдения выявили активность в масштабах, которые раньше были скрыты.

Десятилетиями учёные полагались на обычные спутниковые высотомеры для мониторинга высоты морской поверхности и океанской циркуляции. Эти системы произвели революцию в океанографии, но у них были ограничения. Хотя они могли идентифицировать крупные течения и вихри, простирающиеся на сотни километров, им было трудно различать гораздо более мелкие структуры. Важные детали просто размывались доступным разрешением.

Новый спутник изменил эту картину. Он обеспечивает гораздо более чёткое изображение изменений высоты морской поверхности, позволяя учёным идентифицировать океанские структуры размером всего в несколько километров. Комбинируя эти измерения с данными, собранными автономными океанскими глайдерами, погружавшимися на глубину до тысячи метров, исследователи смогли реконструировать трёхмерные изображения условий под поверхностью.

Скрытая сеть высокоскоростного транспорта

Полученные изображения показали нечто замечательное. Под знакомыми крупномасштабными циркуляционными структурами скрывается сеть интенсивного вертикального движения. Эти пути проявляются вдоль краёв мощных океанских фронтов и гигантских вращающихся вихрей, которые окружают Антарктиду. Вместо того чтобы оставаться ограниченными верхним слоем океана, многие из этих структур уходят вниз на сотни метров и в некоторых случаях приближаются к глубине одного километра.

Измеренные скорости особенно поразительны. Крупномасштабное вертикальное движение в океане часто относительно слабое: вода перемещается вверх или вниз всего на несколько метров в сутки. Напротив, вновь обнаруженные транспортные пути регулярно превышают скорость в полтораста метров в сутки. Некоторые из самых сильных событий достигали ещё более высоких значений, открывая уровень активности, который был в значительной степени невидим до появления нового спутника.

Эти структуры функционируют как вертикальные связи между разными слоями океана. Тепло, поглощённое на поверхности, может транспортироваться вниз. Углекислый газ, поглощённый из атмосферы, может перемещаться глубже в толщу воды. Питательные вещества, хранящиеся в более глубоких водах, могут выноситься вверх, в районы, где морская жизнь зависит от них. Кислород и другие растворённые вещества также могут перераспределяться через эту систему.

Зоны активного обмена

Исследователи обнаружили, что самая сильная активность имеет тенденцию возникать вблизи границ крупных вихрей и океанских фронтов. Это регионы, где водные массы с разными свойствами вступают в контакт, создавая сильные градиенты температуры, солёности и плотности. Новые наблюдения показывают, что эти границы — не просто разделительные линии. Это активные зоны, где происходит интенсивный вертикальный обмен.

Полученные данные свидетельствуют о том, что некоторые из самых важных транспортных процессов в Южном океане могут быть сконцентрированы в удивительно малых областях. Вместо того чтобы быть равномерно распределёнными по обширным регионам, большая часть обмена между поверхностными водами и глубокими слоями океана происходит в этих узких коридорах. Такая концентрация может иметь серьёзные последствия для понимания того, как тепло и углерод накапливаются в океане.

Открытие также предоставляет новые доказательства того, что энергичное движение проникает гораздо глубже, чем многие наблюдения демонстрировали ранее. Исследователи нашли признаки сильной активности на всей глубине верхней тысячи метров водной толщи. В нескольких случаях структуры, наблюдаемые у поверхности, оставались видимыми на сотнях метров ниже, что указывает на глубоко проникающую структуру, связывающую поверхностный океан с его внутренними слоями.

Почему этого не замечали раньше

Одна из причин, по которой эти структуры так долго оставались незамеченными, — их масштаб. Многие из них слишком малы, чтобы старые спутниковые системы могли их чётко различить. Но несмотря на свою относительно небольшую ширину, они, по-видимому, играют важную роль в перемещении вещества через океан. Более высокое разрешение нового спутника позволяет учёным наблюдать процессы, которые ранее были скрыты между пробелами крупномасштабных измерений.

Южный океан занимает уникальное положение в глобальной климатической системе. Он соединяет Атлантический, Тихий и Индийский океаны, одновременно влияя на перемещение тепла и углерода по всей планете. Изменения в том, как вода движется через этот регион, могут влиять на условия далеко за пределами самой Антарктиды. Каждое улучшение в понимании этих процессов вносит вклад в более полную картину климатической системы Земли.

Возможно, самый важный аспект открытия заключается в том, что оно предлагает совершенно новый взгляд на то, что происходит под поверхностью океана. Южный океан — это не просто регион крупных течений и гигантских вихрей. Внутри этих знакомых структур скрыта сеть высокоскоростных транспортных путей, переносящих воду, тепло, углерод и питательные вещества между разными слоями океана.

Картина, возникающая из новых данных, рисует гораздо более активный и взаимосвязанный океан, чем наблюдалось ранее. Глубоко под волнами, окружающими Антарктиду, мощные транспортные коридоры постоянно перемещают вещество через толщу воды. Они узки, быстры и способны достигать глубины, приближающейся к одному километру.

Впервые учёные могут ясно их видеть. Это открытие раскрывает невидимый ранее слой океанской активности, работающий под одним из самых важных регионов Земли, и даёт новое понимание того, как Южный океан переносит тепло, углерод и другие ключевые компоненты через свои глубины.