Круговорот Бофорта - это огромный бассейн шириной 600 миль с холодной пресной водой в Северном Ледовитом океане, к северу от Аляски и Канады. Зимой это течение покрывается толстой ледяной шапкой. Каждое лето, когда лед тает, открытый круговорот собирает морской лед и речной сток и утягивает их вниз, создавая огромный резервуар холодной пресной воды, равный объему всех Великих озер вместе взятых.
Ученые из Массачусетского технологического института теперь определили ключевой механизм, который они называют «регулятором льда и океана», который контролирует скорость вращения круговорота Бофорта и количество пресной воды, которое он хранит. В статье, опубликованной сегодня в Geophysical Research Letters, исследователи сообщают, что ледяной покров Арктики, по сути, ограничивает скорость вращения круговорота.
За последние два десятилетия по мере глобального повышения температуры арктический летний лед постепенно уменьшался в размерах. Команда заметила, что из-за меньшего количества льда, доступного для контроля вращения круговорота Бофорта, течение в последние годы ускорилось, собирая больше морского льда и увеличиваясь как в объеме, так и в глубине.
Если глобальные температуры продолжат расти, исследователи ожидают, что механизм, управляющий вращением круговорота, ослабнет. Исследователи говорят, что без регулятора, ограничивающего его скорость, круговорот, скорее всего, перейдет в «новый режим» и в конечном итоге перельется, как переполненная ванна, выпустив огромные объемы холодной пресной воды в Северную Атлантику, что может повлиять на глобальную Климат и циркуляция океана.
«Это изменение ледяного покрова в Арктике меняет систему, которая управляет круговоротом Бофорта, а также его стабильность и интенсивность», - говорит Джанлука Менегелло, научный сотрудник отдела наук о Земле, атмосфере и планетах Массачусетского технологического института. «Если вся эта пресная вода высвободится, это повлияет на циркуляцию Атлантики».
Менегелло является соавтором статьи вместе с Джоном Маршаллом, профессором океанографии Сесила и Иды Грин, Жаном-Мишелем Кампеном и Эдвардом Доддриджем из Массачусетского технологического института, а также Мэри-Луизой Тиммерманс из Йельского университета.
Новый Северный Ледовитый океан
В зарегистрированном прошлом было несколько случаев, когда круговорот Бофорта разливался, начиная с Великой аномалии солености в конце 1960-х годов, когда круговорот посылал волну холодной пресной воды на юг. Пресная вода может ослабить опрокидывающую циркуляцию океана, влияя на температуру поверхности и, возможно, на шторм и климат.
Подобные события могут произойти, если арктический лед, контролирующий вращение Бофорта, будет продолжать отступать каждый год.
«Если этот правитель ледового океана исчезнет, то мы фактически получим новый Северный Ледовитый океан», - говорит Маршалл.
У природы есть естественный правитель
Исследователи начали изучать динамику круговорота Бофорта несколько лет назад. В то время они использовали измерения, сделанные спутниками в период с 2003 по 2014 год, чтобы отслеживать движение арктического ледяного покрова, а также скорость арктического ветра. Они использовали эти измерения скорости льда и ветра, чтобы оценить, насколько быстро круговорот Бофорта должен опускаться или вращаться подо льдом. Но число, которое они получили, было намного меньше, чем они ожидали.
«Мы думали, что произошла ошибка кодирования», - вспоминает Маршалл. «Но, оказывается, было что-то еще, что дало отпор». Другими словами, должен быть какой-то другой механизм, ограничивающий или замедляющий вращение круговорота.
Команда пересчитала скорость круговорота, на этот раз включив оценки активности океанских течений внутри и вокруг круговорота, которые они получили из спутниковых измерений высоты поверхности моря. Новая оценка, по словам Менегелло, была «намного более разумной».
В этой новой статье исследователи изучили взаимодействие льда, ветра и океанских течений на большей глубине, используя идеализированное представление циркуляции океана с высоким разрешением, основанное на модели общей циркуляции Массачусетского технологического института, созданной группой Маршалла.. Они использовали эту модель для имитации сезонной активности круговорота Бофорта, поскольку арктические льды расширяются и отступают каждый год.
Они обнаружили, что весной, когда арктический лед тает, круговорот подвергается влиянию ветра, который подстегивает океанское течение, заставляя его вращаться быстрее и вытягивая больше пресной воды из арктических льдов. речной сток и таяние льдов. Зимой, когда арктический ледяной щит расширяется, лед действует как крышка, защищая круговорот от быстрых ветров. В результате круговорот вращается у нижней части льда и в конечном итоге замедляется.
"Лед движется намного медленнее ветра, и когда круговорот достигает скорости льда, в этот момент трения нет - они вращаются вместе, и ничто не прикладывает напряжения [для ускорения круговорот]», - говорит Менегелло. «Это механизм, который управляет скоростью круговорота».
«В механических системах регулятор или ограничитель срабатывает, когда все идет слишком быстро», - добавляет Маршалл. «Мы обнаружили, что у природы в Арктике есть естественный управляющий».
В потеплении мира
Маршалл и Менегелло отмечают, что по мере повышения температуры в Арктике за последние два десятилетия и сокращения летнего льда с каждым годом скорость круговорота Бофорта увеличилась. Его течения стали более изменчивыми и непредсказуемыми, и лишь немного замедляются из-за возвращения льда зимой.
«В какой-то момент, если эта тенденция сохранится, круговорот не сможет проглотить всю эту пресную воду, которую он втягивает вниз», - говорит Маршалл. В конце концов дамба, скорее всего, рухнет, и круговорот разорвется, выпустив сотни миллиардов галлонов холодной пресной воды в Северную Атлантику.
Все более нестабильный круговорот Бофорта может также разрушить арктический галоклин - слой океанской воды, лежащий под холодной пресной водой круговорота, который изолирует его от гораздо более глубокой, более теплой и соленой воды. Если галоклин каким-то образом ослаблен более нестабильным круговоротом, это может привести к подъему более теплых вод, что приведет к дальнейшему таянию арктических льдов.
«Это часть того, что мы наблюдаем в мире потепления», - говорит Маршалл. «Мы знаем, что средние глобальные температуры растут, но температуры в Арктике растут еще больше. Таким образом, Арктика очень уязвима к изменению климата. И мы переживем период, когда губернатор, по сути, уходит."