В начале октября 2016 года посреди Атлантического океана образовался тропический шторм по имени Николь. Он бродил в течение шести дней, достигнув статуса урагана 4-й категории с мощным ветром со скоростью 140 миль в час, а затем ударил по крошечному острову Бермудские острова как ураган 3-й категории.
Ураганы, подобные Николь, могут нанести значительный ущерб человеческим строениям на суше и часто навсегда изменяют земные ландшафты. Но эти мощные штормы влияют и на океан.
Ученые хорошо понимают, как ураганы воздействуют на поверхностный слой океана, освещенную солнцем зону, где может происходить фотосинтез. Сильные ветры ураганов поднимают более холодную воду снизу вверх, вынося на поверхность питательные вещества, такие как азот и фосфор, и стимулируя недолговечное цветение водорослей. Однако до недавнего времени мы мало что знали о том, как ураганы воздействуют на глубины океана.
Новое исследование урагана Николь, проведенное исследователями из Морской биологической лаборатории (MBL), Вудс-Хоул и Бермудского института наук об океане (BIOS), дало новое представление об этих воздействиях. Николь оказала значительное влияние на углеродный цикл океана и глубоководные экосистемы, сообщает команда.
Изучаем глубины океана
Программа Oceanic Flux Program (OFP) непрерывно измеряет тонущие частицы, известные как морской снег, в глубоком Саргассовом море с 1978 года. Это самый продолжительный временной ряд в своем роде.
Перед тем, как обрушиться на Бермудские острова, ураган Николь прошел прямо через территорию OFP, примерно в 50 милях к юго-востоку от Бермудских островов. Это дало ученым уникальную возможность изучить влияние ураганов на глубины океана.
Чтобы изучить океанские глубины, OFP привязывает научное оборудование, в том числе отстойники, на разной глубине к якорной линии, которая тянется от якоря весом 2000 фунтов, расположенного на морском дне (4,8 мили ниже поверхности).
Основные выводы
В новом исследовании, опубликованном в Geophysical Research Letters, ученые MBL и BIOS представили первые прямые доказательства того, что ураганы влияют на биологический насос океана, процесс, в котором живые организмы переносят углерод с поверхности в более глубокие слои океана и морское дно.
Высокоскоростные ветры, связанные с ураганом Николь, вызвали интенсивное охлаждение поверхности океана и сильные течения и подводные волны, некоторые из которых длились более двух недель. Это значительно ускорило биологический насос, когда течения выталкивают питательные вещества в поверхностный слой, вызывая цветение водорослей.
Затем биологический насос с наддувом быстро перекачал органический материал из вызванного ураганом цветения водорослей в глубины океана. Это дало большой прирост пищи для морских обитателей в глубоком океане, куда не проникает свет.
Ученые обнаружили значительное увеличение содержания свежих органических материалов в отстойниках на глубине 4 900 футов и 10 500 футов ниже поверхности. Измерения роста водорослей на площадке OFP после прохождения урагана Николь были одними из самых высоких, наблюдаемых в октябре за последние 25 лет.
«Поверхность и глубина океана действительно хорошо связаны после этих мощных штормов», - объясняет Рут Педроса Памиес, биогеохимик и океанограф из Центра экосистем MBL и первый автор исследования. «Материал, который достигает этих глубин, имеет решающее значение для глубоководной экосистемы».
Долгосрочные последствия
С 1980 года семь ураганов категории 3 или выше прошли в пределах 186 миль от Бермудских островов. Эти ураганы затронули в общей сложности более 32 800 квадратных миль поверхностных вод, что превышает площадь штата Мэн.
Современные климатические модели показывают, что интенсивность ураганов может увеличиться по мере продолжения глобального потепления, вызванного деятельностью человека. Это может увеличить площадь океана, нарушаемую ураганами, что повлияет на биогеохимические циклы океана и глубоководные экосистемы.
Последний рубеж Земли
Из-за экстремальных условий глубокого океана этот замечательный биом, как известно, трудно изучать ученым. Кроме того, из-за трудностей сбора бортовых данных в экстремальных погодных условиях прямое воздействие ураганов изучено недостаточно. Осадочные ловушки, подобные тем, которые использует OFP, имеют решающее значение для понимания их влияния на глубины океана.
Когда в 1978 году начался OFP, ученые могли собирать только одну чашку тонущих частиц каждые два месяца. «Теперь у нас есть раз в две недели разрешение проб и отстойники на трех глубинах», - сказал Педроса Памис.
С распространением нового оборудования и технологий для изучения глубин океана понимание этого последнего рубежа, наконец, стало достижимым.