Глядя на Южный океан вблизи Антарктиды, можно увидеть, как киты и морские птицы ныряют в воду и выныривают из неё, питаясь морской живностью, находящейся на нижних уровнях пищевой цепи. В основании этой пищевой цепи находится крошечный фитопланктон - водоросли, которые растут на поверхности океана, поглощая углерод из атмосферы путём фотосинтеза, как это делают растения на суше.
Из-за своего маленького размера фитопланктон находится во власти вихревых движений океана. Их количество настолько велико, что зелёные островки в океане часто видны из космоса. Как правило, фитопланктон остаётся у поверхности океана. Некоторая часть фитопланктона может медленно опускаться на глубину под действием силы тяжести. Но в бурном проливе Дрейка, узком месте шириной 850 км между
Антарктидой и Южной Америкой, происходит нечто необычное, и это влияет на то, как океан забирает из атмосферы углекислый газ - основной фактор глобального потепления.
Пролив Дрейка
Пролив Дрейка печально известен своими бурными водами, волны которых могут достигать высоты 12 метров, и мощными поверхностными течениями, скорость некоторых из которых достигает 150 миллионов кубических метров в секунду. Холодная вода из Южного океана и более тёплая вода с севера сталкиваются здесь, образуя мощные и энергичные вихревые потоки.
Фото: theconversation.com
Новые научные исследования, в которых участвует Лилиан Дав, кандидат наук в области океанографии из Калифорнийского технологического института, показывают, что пролив Дрейка и несколько других конкретных районов Южного океана играют огромную роль в том, как океаны удерживают углерод из атмосферы. Этот процесс имеет решающее значение для понимания процессов изменения климата.
Мировой океан - это огромный резервуар углерода, в котором содержится в 50 раз больше углерода, чем в атмосфере.
Однако только когда вода, несущая углерод, попадает в глубины океана, углерод может сохраняться там в течение длительного времени - вплоть до столетий или тысячелетий. При этом фотосинтезирующий фитопланктон находится в самом центре этого обмена. А в проливе Дрейка Лилиан Дав с коллегами обнаружили, что подводные горы участвуют в процессе перемешивания воды.
Роль слоёв океана
При постоянных поверхностных волнах и ветрах верхний слой океана постоянно перемешивается, смешивая воды. В результате перемешивания в воду попадает солнечное тепло и газы, поступающие из атмосферы (такие как углекислый газ). Плотность воды обычно увеличивается по мере увеличения глубины и солёности, а также снижения температуры. Это формирует плотные слои, которые обычно плоские. Поскольку вода предпочитает сохранять свою плотность постоянной, она движется в основном горизонтально и не может легко перемещаться между поверхностью и глубинными слоями океана.
Однако, несмотря на этот физический барьер, анализ воды показывает, что углекислый газ, образующийся в результате деятельности человека, проникает в глубины океана. Один из путей - химический: углекислый газ растворяется в воде, образуя угольную кислоту. Второй путь - живые организмы в океане.
Океанографы давно указывают на север Атлантического и Южного океанов как на места, где поверхностные воды перемещаются на глубину, унося с собой большие объёмы углерода. Однако последние работы показали, что на самом деле этот процесс может доминировать лишь в нескольких районах, включая пролив Дрейка. Несмотря на то, что он является одним из самых известных участков океана, учёные лишь недавно смогли наблюдать его в действии.
Основное течение в проливе Дрейка создаётся под воздействием сильных западных ветров, дующих через Южный океан. Исследователи обнаружили, что западные ветры создают уклон в толще воды, при этом плотные воды из верхних слоёв направляются ближе к Антарктиде, где более холодная талая вода покрывает берег, а нижние слои - вглубь океана дальше на север в сторону Южной Америки.
Фото: theconversation.com
Благодаря достижениям в области автономных подводных роботов и компьютерного моделирования Дав и её коллеги смогли показать, как поток из Южного океана взаимодействует с подводной горой в проливе Дрейка. Это подводное взаимодействие усиливает процесс перемешивания. Перемешивание вдоль наклонённых плотных слоёв обеспечивает путь для воды из верхнего слоя океана в глубину. И фитопланктон на поверхности океана увлекается этим перемешиванием, перемещаясь на глубину гораздо быстрее, чем если бы он опускался только под действием гравитации.
В менее энергичном регионе этот фитопланктон погиб бы, вернув углерод в атмосферу или медленно погрузившись в воду. Однако в проливе Дрейка фитопланктон может быть отнесён на глубину до того, как это произойдет, что означает, что углерод, поглощённый этим организмом из атмосферы, сохраняется в глубинах океана. Углерод, растворённый и сохранённый в глубинах океана, может также распространятся в этих местах.
Исследователи подсчитали, что самые глубокие воды океана непосредственно взаимодействуют с атмосферой только через около 5% площади поверхности. Исследование пролива Дрейка и других «океанографических окон» позволяет науке лучше понять изменение климата и работу нашей голубой планеты.