Великомасштабні течії — це конвеєрні стрічки океану, які транспортують воду та поживні речовини та контролюють клімат Землі. Поверхневі струми відносно легко виміряти та відстежити. Але ті, що знаходяться в глибинах океану, здебільшого залишаються загадкою. Тепер нове дослідження, опубліковане в Nature Geoscience, оприлюднило найбільший на сьогодні набір даних щодо швидкості та напрямку течій, які протікають поблизу морського дна, і це зовсім не те, що очікували вчені.
Раніше вважалося, що донні течії є постійними і в регіоні біля узбережжя Мозамбіку, який вивчали автори, течуть з півдня на північ. Однак результати показали, що глибоководні течії набагато динамічніші, ніж відомо раніше. Отримані дані свідчать про те, що поточне моделювання, яке використовується для відстеження потоку опадів і забруднюючих речовин у глибоководному морі та реконструкції стародавніх умов океану, потребує оновлення.
«Ці конвеєрні стрічки течій, які проходять навколо нашої планети, будуть набагато складнішими, ніж пропонують моделі підручників», — сказав Майк Клер, седиментолог Національного центру океанографії та старший автор дослідження. «Вони справді вимагають дуже ретельного розслідування».
Вимірювання складних струмів
Вчені можуть вимірювати глибоководні течії за допомогою датчиків, які називаються акустичними доплерівськими профілями струмів (ADCP), закріпленими на морському дні. Але розгортання та управління цими причалами є складним і дорогим, тому багато досліджень використовували їх помірковано протягом коротких періодів.
На щастя, італійська нафтогазова компанія під назвою Eni розгорнула безпрецедентну групу з 34 ADCP для промислових цілей приблизно на 2500 квадратних кілометрах (965 квадратних милях) у Мозамбіцькому каналі, недалеко від узбережжя. Компанія поділилася даними, надаючи вченим унікальний і детальний огляд морського дна. Прилади вимірювали швидкість і напрям течій кожні 10 хвилин протягом 4 років. «Унікальним у цьому дослідженні є довгий часовий ряд придонних течій», — сказав Джейкоб Венеграт, фізичний океанограф з Університету Меріленда, який не брав участі в дослідженні.
Коли Льюїс Бейлі, геолог, який зараз працює в Університеті Калгарі, почав аналізувати гору даних з ADCP, результати виглядали настільки відмінними від очікуваної тенденції постійних північних течій, що він задумався, чи не помилився. «Перше, про що я подумав, було: «Це не може бути правильно», — сказав він.
Але після аналізу всіх цифр дослідники виявили, що морські течії часто прискорюються, сповільнюються і навіть змінюють напрямок. «Ми були дуже здивовані, побачивши, наскільки мінливими були всі течії навіть між причалами, які були досить близько один до одного», — сказав Бейлі.
«Усі геологи, які брали участь у цьому проекті, були абсолютно вражені мінливістю», — сказала Клер.
Дослідники дослідили, що могло спричинити варіації. «Це було майже як детективна робота», — сказав Бейлі. Течії змінювалися в залежності від сезону і протягом циклів припливів. ADCP та моделі розмитого морського дна показали, що течії на відкритих схилах морського дна зазвичай течуть у середньому на північ. Але в підводних каньйонах, які орієнтовані приблизно зі сходу на захід, течія часто змінює напрямок, течучи вгору або вниз по їхній довжині.
Вчені припускають, що припливи та рельєф морського дна значною мірою відповідають за характер течій.
Добре вивчені поверхневі течії часто мають різну швидкість і напрямок, але Венеграт сказав, що нещодавно зріс інтерес серед фізичних океанографів до вивчення вод поблизу морського дна. «Багато речей, які відбуваються на поверхні океану, також відбуваються там, внизу», — сказав він. «Це захоплююче бачити хороші дані про всі часові та просторові мінливості», — сказав Венеграт про нове дослідження.
Клер зазначив, що обмежені дослідження глибоководних течій іноді суперечать одне одному, але відмінності, ймовірно, ґрунтуються на тому, коли і де проводилися вимірювання. «Я думаю, що ці різні табори, які не згодні один з одним, усе в порядку», — сказав він.
Де осідають осади?
Вчені покладаються на моделювання океанічних течій і обмежені зразки керна морського дна, щоб вивчити транспортування й осадження відкладень і забруднюючих речовин, таких як мікропластик, і те, як вони можуть вплинути на глибоководні екосистеми. Вони також використовують подібні методи для реконструкції давніх умов океану.
Автори нового дослідження припустили, що ці симуляції можуть бути занадто спрощеними. Враховуючи мінливість течій між ділянками дослідження, один зразок керна може бути занадто обмеженим, щоб охарактеризувати відкладення в регіоні, сказала Клер. «Це змусило мене зрозуміти, що нам потрібно дуже ретельно продумати розміщення інструментів, а не вдаватися до апріорних припущень, що це просто безперервний, односпрямований струм».
Дослідники визнали, що дослідження проводилося лише в одній зоні Світового океану, і більше даних в інших областях буде безцінним для побудови кращого моделювання.