В Антарктиде есть течение, которое окружает сушу как часть Южного океана. Это течение называется Антарктическим циркумполярным течением. Когда летом в Южном полушарии усиливаются западные ветры, воды к югу от течения окисляются быстрее, чем это можно объяснить только углекислым газом из атмосферы. Противоположная картина наблюдалась севернее течения.
Почему это происходит и почему это важно?
Профессор Университета Делавэра Вей-Джун Цай написал в соавторстве статью, опубликованную в Nature Communications, в которой рассматриваются эти вопросы.
Исследователи, участвовавшие в исследовании, говорят, что эти эффекты связаны с комбинацией процессов, вызванных этими западными ветрами - теория, которая была подтверждена данными наблюдений за два десятилетия с юга Тасмании.
Понимание факторов, контролирующих закисление океана, важно для прогнозирования воздействия, которое изменяющийся химический состав океана окажет на морские организмы и экосистемы в будущем. Южный океан, также известный как Антарктический океан, является важным местом для изучения этих механизмов из-за его огромной способности удерживать углекислый газ из атмосферы, который является важнейшим компонентом изменения климата..
Результаты на основе данных приносят пользу будущим моделям прогнозирования
Четвертый по величине океан, Южный океан, имеет естественно низкий уровень pH и состояние насыщения арагонитом, карбонатным минералом, который необходим морским организмам для построения раковин. Считается, что это связано с низкими температурами Южного океана, которые в среднем составляют от -2 до 7 градусов по Цельсию (примерно от 28 до 45 градусов по Фаренгейту), и сильным вертикальным перемешиванием во всей толще воды.
Из-за этих низких температур и глубокого перемешивания углекислый газ, поглощаемый на поверхности воды, может быть быстро перенесен и сохранен в глубоких районах Южного океана, в отличие от большинства океанов более низких широт, где огромные перепады температур препятствуют выходу на поверхность. вода и глубина океана от смешения.
Поскольку уровень углекислого газа в атмосфере продолжает расти, ожидается, что поверхностные воды в Южном океане станут все более уязвимыми для закисления океана.
«Южный океан - это окно в океанские глубины», - сказал Цай, эксперт в области химии неорганического углерода и исследователь Мэри А. С. Lighthipe Chair of Earth, Ocean and Environment at UD. «Лучшее понимание механизмов закисления океана здесь может помочь улучшить модели прогнозирования того, сколько атмосферного углекислого газа может поглотить океан здесь и в других местах».
В южном полушарии основным способом изменения атмосферы является то, что известно как южная годовая мода (SAM). По мере того, как этот режим меняется от одной крайности к другой, разница давлений заставляет пояс западных ветров (или струйных течений) вокруг Антарктиды перемещаться на север или юг. Когда струйный поток воздуха усиливается (положительный тренд САМ), он сжимается в сторону Антарктиды. Когда струйное течение ослабевает (отрицательный тренд SAM), оно расширяется на север к экватору.
В своем исследовании исследователи изучили, как западные ветры регулируют скорость закисления океана, используя непрерывные данные измерений углекислого газа с юга Тасмании, зарегистрированные за два противоположных десятилетия, 1991-2000 и 2001-2011. Исследователи объяснили повышенное окисление западными ветрами, переносящими более кислые воды горизонтально из более высоких широт к экватору и вертикально из недр на поверхность.
Когда у вас есть разница давлений, у вас более сильный ветер, и ветер всегда движется от высокого давления к низкому давлению, перемещая поверхностные океанские течения из одной точки в другую. В физической океанографии мы называем это ветровой динамикой. Транспорт Экмана», - сказал Цай.
Когда западные ветры уменьшаются, результат противоположен и менее кислые поверхностные воды перемещаются к Южному полюсу.
Изучаем ли мы это в Чесапикском заливе, Мексиканском заливе или Южном океане, это все та же причина, по которой в исследуемый район попадает другой источник углекислого газа или подкисленной воды. Но в зависимости от местоположения, этот механизм может проявляться по-разному», - сказал Цай.
Это смешение Южного океана простирается на глубину примерно от 300 до 400 метров (от 1000 до 1300 футов). Это намного глубже, чем, скажем, в Чесапикском заливе или бедном кислородом Мексиканском заливе, где самые глубокие области воды могут достигать глубины всего от 20 до 50 метров (от 54 до 164 футов).
Теоретически, по мере увеличения содержания углекислого газа в атмосфере уровни углекислого газа в океане (т. е. подкисление океана) должны увеличиваться параллельно. Однако Цай объяснил, что апвеллинг более глубоких вод, содержащих больше углекислого газа, в сочетании с моделями циркуляции океана или смешиванием различных слоев океана может привести к тому, что pH воды и состояние насыщения карбонатом будут сильно различаться. Цай сказал, что, несмотря на то, что недавно было опубликовано несколько работ в этой области, он и его коллеги первыми показали с прямыми данными, что это вызвано ветровой нагрузкой.
«По этому вопросу ведется много споров, но если собрать воедино данные за два десятилетия, то получится непротиворечивая история о том, что модели циркуляции океана действительно влияют на закисление океана», - сказал Кай.
Так какое отношение Южный океан имеет к Делавэру?
«Южный океан - это область, которая действительно меняет сигнал глубоководного углекислого газа из-за этого быстрого смешивания с глубоким океаном», - сказал Цай. «Следовательно, когда скорость ветра заставляет слои воды смешиваться и менять характер циркуляции, это действительно может вызвать изменения, которые могут быть значительными для мирового океана и, в целом, в конечном итоге повлияют на другие районы, включая Атлантический океан».
Об исследовании
Документ под названием «Климатическая модуляция скорости закисления поверхности под воздействием летних ветров в Южном океане» был написан в соавторстве с Цаем из UD и его коллегами из Государственного управления океанических исследований и Циндаоской национальной лаборатории морских наук и технологий., оба в Циндао, Китай; Колумбийский университет и Национальное управление океанических и атмосферных исследований (NOAA).
Лян Сюэ, морской биогеохимик из Первого института океанографии Государственного управления океанических исследований Китая в Циндао, Китай, был первым автором статьи. Среди других соавторов Таро Такахаши из Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета; Рик Ванникхоф из Атлантической океанографической и метеорологической лаборатории NOAA; а также Либао Гао, Мэн Вэй, Куйпин Ли, Линь Фэн и Вэйдун Ю из Первого института океанографии.
Поддержка работы включала финансирование от NOAA, Национального научного фонда, НАСА и Университета Делавэра.