Згідно з новими дослідженнями, підводні хвилі глибоко під поверхнею океану (деякі висотою досягають 500 метрів) відіграють важливу роль у тому, як океан накопичує тепло та вуглець. Міжнародна група дослідників під керівництвом Кембридзького університету, Оксфордського університету та Каліфорнійського університету в Сан-Дієго кількісно оцінила вплив цих хвиль та інших форм підводної турбулентності в Атлантичному океані та виявила, що їхнє значення невелике. точно відображено в кліматичних моделях, які формують урядову політику.
Більшість тепла та вуглецю, що виділяються людською діяльністю, поглинається океаном, але те, скільки він може поглинути, залежить від турбулентності в надрах океану, оскільки тепло та вуглець або виштовхуються глибоко в океан, або тягнеться до поверхні. Хоча ці підводні хвилі вже добре відомі, їхня важливість у перенесенні тепла та вуглецю до кінця не зрозуміла. Результати, опубліковані в журналі AGU Advances, показують, що турбулентність у внутрішніх водах океанів є більш важливою для транспортування вуглецю та тепла в глобальному масштабі, ніж передбачалося раніше.
Океанська циркуляція переносить теплі води з тропіків до Північної Атлантики, де вони охолоджуються, опускаються та повертаються на південь у глибини океану, як гігантський конвеєр. Атлантична гілка цієї моделі циркуляції, яка називається атлантичною меридіальною обертальною циркуляцією (AMOC), відіграє ключову роль у регулюванні глобального тепла та бюджету вуглецю. Океанська циркуляція перерозподіляє тепло до полярних регіонів, де воно плавить лід, а вуглець – до глибин океану, де він може зберігатися тисячі років.
«Якби ви зробили знімок надр океану, ви побачили б багато складних динаміків», — сказала перший автор, доктор Лаура Кімолі з кафедри прикладної математики та теоретичної фізики Кембриджа. «Під поверхнею води є струмені, течії та хвилі — у глибокому океані ці хвилі можуть досягати 500 метрів у висоту, але вони розбиваються, так само як хвилі на пляжі».
«Атлантичний океан особливий у тому, як він впливає на глобальний клімат», — сказав співавтор д-р Алі Машайек з Департаменту наук про Землю Кембриджа. «Він має сильну циркуляцію між полюсами від верхів’їв до глибин океану. Вода також рухається швидше на поверхні, ніж у глибинах океану».
Протягом останніх кількох десятиліть дослідники досліджували, чи може AMOC бути фактором того, чому Арктика втратила стільки льодового покриву, тоді як деякі антарктичні крижані покриви ростуть. Одне з можливих пояснень цього явища полягає в тому, що теплу, поглиненому океаном у Північній Атлантиці, потрібно кілька сотень років, щоб досягти Антарктики.
Тепер, використовуючи комбінацію дистанційного зондування, вимірювань на кораблях і даних автономних плавучих апаратів, дослідники під керівництвом Кембриджа виявили, що тепло з Північної Атлантики може досягати Антарктики набагато швидше, ніж вважалося раніше. Крім того, турбулентність в океані, зокрема великі підводні хвилі, відіграє важливу роль у кліматі.
Подібно до гігантського коржа, океан складається з різних шарів, з холоднішою та щільнішою водою на дні та теплішою та легшою водою вгорі. Більшість перенесення тепла та вуглецю в океані відбувається в межах певного шару, але тепло та вуглець також можуть переміщатися між шарами щільності, повертаючи глибокі води на поверхню. Дослідники виявили, що переміщенню тепла та вуглецю між шарами сприяє невелика турбулентність, явище, яке не повністю представлено в кліматичних моделях.
Оцінки змішування з різних спостережних платформ показали ознаки дрібномасштабної турбулентності у верхній гілці циркуляції, що узгоджується з теоретичними прогнозами океанічних внутрішніх хвиль. Різні оцінки показали, що турбулентність здебільшого впливає на клас шарів щільності, пов’язаних із ядром глибоких вод, що рухаються на південь від Північної Атлантики до Південного океану. Це означає, що тепло та вуглець, які переносяться цими водними масами, мають високий шанс переміщуватися через різні рівні щільності.
«Кліматичні моделі дійсно враховують турбулентність, але здебільшого в тому, як вона впливає на циркуляцію океану», — сказав Кімолі. «Але ми виявили, що турбулентність сама по собі життєво важлива і відіграє ключову роль у тому, скільки вуглецю та тепла поглинається океаном і де вони зберігаються».
«Багато кліматичних моделей мають надто спрощене уявлення про роль мікромасштабної турбулентності, але ми показали, що вона важлива і до неї слід ставитися з більшою увагою», — сказав Машаєк. «Наприклад, турбулентність і її роль у циркуляції океану контролює, скільки антропогенного тепла досягає Антарктичного крижаного щита, а також часовий масштаб, у якому це відбувається».
Дослідження свідчить про нагальну потребу в установці датчиків турбулентності на глобальних спостережних масивах і більш точному представленні дрібномасштабної турбулентності в кліматичних моделях, щоб дати вченим можливість робити точніші прогнози майбутніх наслідків зміни клімату.
