Когда ученые говорят о стабильности океана, они имеют ввиду то, насколько разные слои моря перемешиваются друг с другом. Недавнее исследование проанализировало более миллиона образцов и показало, что за последние пять десятилетий стабильность океана росла в шесть раз быстрее, чем ожидали ученые. Полные результаты и выводы опубликованы в журнале Nature.
Стабильность океана является важным регулятором глобального климата и продуктивности морских экосистем, которые кормят значительную часть населения мира. Он контролирует обмен теплом, углеродом, питательными веществами и растворенными газами между верхними и нижними слоями океана.
Таким образом, хотя более стабильный океан может показаться идиллическим, реальность менее утешительна. Это может означать, что верхний слой удерживает больше тепла и содержит меньше питательных веществ, что оказывает большое влияние на жизнь океана и климат.
Как океаны распространяют тепло
Чем дальше от экватора к полюсам, тем ниже температура поверхности моря. Это простой момент, но он имеет огромное значение. Поскольку температура, наряду с соленостью и давлением, контролирует плотность морской воды, это означает, что поверхность океана также становится более плотной по мере удаления от тропиков.
Плотность морской воды также увеличивается с глубиной, потому что солнечный свет, согревающий океан, поглощается поверхностью, тогда как глубокий океан полон холодной воды. Изменение плотности с глубиной океанологи называют стабильностью. Чем быстрее плотность увеличивается с глубиной, тем более стабильным считается океан.
Это помогает думать об океане как о разделенном на два слоя, каждый с разным уровнем устойчивости.
Поверхностный смешанный слой занимает верхние (примерно) 100 метров океана и является местом обмена тепла, пресной воды, углерода и растворенных газов с атмосферой. Турбулентность, вызванная ветром и волнами на поверхности моря, смешивает всю воду воедино.
Самый нижний слой, называемый бездной, простирается от нескольких сотен метров до морского дна. Здесь холодно и темно, слабые течения медленно циркулируют по покрытой водой частью планеты, которая остается изолированной от поверхности в течение десятилетий или даже столетий.
Разделение бездны и поверхностного перемешанного слоя называется пикноклином. Мы можем думать об этом как о слое пищевой пленки. Он невидимый и гибкий, но не позволяет воде течь через него. Когда пленка разрывается на клочки, что происходит, когда пикноклин разрывает турбулентность, вода может просачиваться в обоих направлениях. Но, по мере того, как глобальные температуры повышаются и поверхностный слой океана поглощает больше тепла, пикноклин становится более стабильным, что затрудняет смешивание воды на поверхности океана и в бездне.
Фото: В. Картер, Википедия
Лунные медузы нарушают пикноклин в шведском фьорде.
Почему это проблема? Есть невидимая конвейерная лента морской воды, которая перемещает теплую воду от экватора к полюсам, где она охлаждается, становится более плотной и опускается, возвращаясь обратно к экватору на глубине. Во время этого путешествия тепло, поглощаемое поверхностью океана, перемещается в бездну, помогая перераспределить тепловую нагрузку океана, накапливаемую в атмосфере, которая быстро нагревается из-за выбросов парниковых газов.
Если более стабильный пикноклин улавливает больше тепла на поверхности океана, это может нарушить эффективность поглощения океаном избыточного тепла и разрушить чувствительные мелководные экосистемы, такие как коралловые рифы.
Повышение стабильности вызывает нехватку питательных веществ
И точно так же, как поверхность океана содержит тепло, которое необходимо перемешивать вниз, бездна содержит огромный резервуар питательных веществ, которые необходимо перемешивать вверх.
Строительными блоками большинства морских экосистем является фитопланктон: микроскопические водоросли, которые используют фотосинтез для производства собственной пищи и поглощают огромное количество CO₂ из атмосферы, а также производят большую часть кислорода в мире.
Фитопланктон может расти только при наличии достаточного количества света и питательных веществ. Весной солнечный свет, более длинные дни и слабый ветер позволяют сезонному пикноклину формироваться у поверхности. Любые доступные питательные вещества, задержанные выше этого пикноклина, быстро расходуются фитопланктоном, поскольку он растет во время так называемого весеннего цветения.
Эндрю Уилсон и Стив Грум / NASA
Цветение водорослей у побережья юго-запада Англии.
Чтобы фитопланктон на поверхности продолжал расти, питательные вещества из бездны должны пересекать пикноклин. И тут возникает другая проблема. Если фитопланктон испытывает нехватку питательных веществ из-за усиленного пикноклина, тогда для подавляющего большинства океанических организмов, начиная с крошечных микроскопических животных, которые едят водоросли, и мелких рыб, которые их едят, и далее, вверх по пищевой цепочке, пищи становится меньше.
Точно так же, как более стабильный океан менее эффективен в переносе тепла в глубину моря и регулировании климата, он хуже поддерживает и живые пищевые сети на освещенной солнцем поверхности, от которых зависит питание всего сообщества.
Стоит ли волноваться?
Циркуляция океана постоянно развивается с естественными вариациями и изменениями, вызванными деятельностью человека. Возрастающая стабильность пикноклина — лишь часть сложной головоломки, которую океанологи пытаются разрешить.
Чтобы предсказать будущие изменения нашего климата, они используют численные модели океана и атмосферы, которые должны включать все физические процессы, ответственные за их изменение.
В настоящее время еще нет компьютеров, достаточно мощных, чтобы учесть влияние мелкомасштабных турбулентных процессов в модели, моделирующей условия в глобальном масштабе. Но мы знаем, что деятельность человека оказывает большее, чем ожидалось, влияние на фундаментальные аспекты биологических систем нашей планеты. И последствия этого могут нам не понравиться.
Австралийские ученые показали, как глобальное потепление обрекает обитателей океана на голод.
По материалам The Conversation
Читайте также:
Некоторым видам рыб глобальное потепление идет только на пользу
