В 1974 году изображения, полученные со спутников NOAA, выявили загадочное явление: отверстие площадью 250 000 квадратных километров в зимнем морском льду в море Уэдделла, к югу от Южной Америки. Открытие, известное как полынья, сохранялось в течение трех зим. Таких обширных свободных ото льда участков в океане, окружающем Антарктиду, с тех пор никто не видел, хотя в прошлом году была замечена небольшая полынья.
В новом анализе климатических моделей исследователи из Пенсильванского университета, Испанского института морских наук и Университета Джона Хопкинса выявили значительные глобальные последствия, которые могут иметь эти, казалось бы, аномальные полыньи. Их результаты показывают, что тепло, уходящее из океана через эти отверстия, влияет на температуру моря и атмосферы, а также на характер ветра по всему миру и даже на количество осадков в тропиках. Хотя этот процесс является частью естественной модели изменчивости климата, он влияет на то, как глобальный климат будет реагировать на будущее антропогенное потепление.
«Это небольшое изолированное отверстие в морском льду в Южном океане может иметь значительные, крупномасштабные последствия для климата», - сказала Ирина Маринова, автор исследования и доцент кафедры наук о Земле и окружающей среде Университета Пенсильвании. Школа искусств и наук. «Модели климата предполагают, что в годы и десятилетия с большой полыньей вся атмосфера глобально нагревается, и мы видим изменения в ветрах в Южном полушарии и сдвиг экваториального дождевого пояса на юг. Это связано с полыньей».
Обычно Южный океан покрывается льдом во времяЮжного полушария.
зима. Полыньи возникают, когда теплые подземные воды североатлантического и экваториального происхождения смешиваются локально с холодными поверхностными водами, процесс, известный как конвекция в открытом океане..
До недавнего времени ученые-климатологи и океанографы считали, что атмосферные и океанические условия вокруг тропиков являются основными факторами, влияющими на условия за пределами тропиков. Но в последние несколько лет Маринов с сотрудниками и другими показали, что верно и обратное: Южный океан играет важную роль в воздействии на тропический климат и климат Северного полушария.
В текущей работе Маринов и его коллеги использовали мощные модели, моделирующие прошлый и будущий климат, чтобы определить, как последствия полыньи распространяются по всему миру.
Их модель показала, что полыньи и сопровождающая их конвекция в открытом океане происходят примерно каждые 75 лет. Исследователи заметили, что когда они возникают, они действуют как выпускной клапан для тепла океана. Потепление происходит не только в непосредственной близости, но также наблюдается повышение общей температуры поверхности моря и атмосферы во всем Южном полушарии и, в меньшей степени, в Северном полушарии..
Изменения температурных градиентов с севера на юг также приводят к изменениям ветров.
«Мы наблюдаем уменьшение того, что мы называем западными ветрами Южного полушария, и изменения в пассатах», - сказал Маринов. «И эти ветры влияют на бури, осадки и облака».
Среди этих изменений в осадках - смещение внутритропической зоны конвергенции, экваториального пояса, где сходятся пассаты, что приводит к интенсивным осадкам. Когда возникает полынья, этот дождевой пояс смещается на несколько градусов к югу и остается там от 20 до 30 лет, прежде чем сместиться обратно.
«Это влияет на водные ресурсы, например, в Индонезии, Южной Америке и странах Африки к югу от Сахары», - сказал Маринов. «У нас есть естественные колебания климата, которые могут, среди прочего, влиять на сельскохозяйственное производство в густонаселенных регионах мира."
Учитывая эти широкомасштабные последствия феномена Южного океана, Маринов подчеркивает необходимость усиления мониторинга в регионе. Она участвует в проекте SOCCOM, посвященном наблюдениям и моделированию углерода и климата в Южном океане, по размещению роботизированных поплавков в Южном океане для сбора данных о температуре, солености, углероде, питательных веществах и кислороде.
«Мы также призываем людей внимательно следить за спутниками, чтобы искать другие полыньи в этом году и в будущем», - сказал Маринов.
Предыдущие исследования группы Маринова и его сотрудников показали, что в условиях изменения климата полыньи могут стать менее частыми. Когда морской лед тает, он освежает верхний слой морской поверхности, делая его легче и с меньшей вероятностью смешивается с более тяжелыми придонными водами. Маринов отмечает, что тот факт, что с середины 1970-х годов до прошлого года не открылось никаких значительных полыней, возможно, способствовал так называемому «климатическому перерыву» в конце 1990-х и начале 2000-х годов, когда глобальные средние приземные упорный подъем вверх.
"В этот период перерыва в подземных водах океана накопилось аномальное количество тепла", - сказал Маринов. «Большинство исследований приписывают этот перерыв длительному периоду Ла-Нинья, что привело к накоплению тепла в низких широтах Тихого океана. Но я думаю, что отсутствие полыньи в море Уэдделла также способствовало сохранению большего количества тепла в дополнительное выделение тепла в атмосферу."
Работа поднимает много новых вопросов, например, как уменьшение площади морского льда, в том числе недавний откол массивного куска Антарктического полуострова, повлияет на частоту полыней и как наличие или отсутствие полыней повлияет на влияют на то, насколько атмосферные температуры потеплеют в ответ на антропогенное изменение климата.
«Это исследование полыней и конвекции в Южном океане оказалось очень важной и интересной историей глобального климата, которую, как мы думаем, многие люди будут изучать в следующем десятилетии», - сказал Маринов.