На суше мы знакомы с волнами жары и похолоданиями. Но глубокое море также испытывает длительные периоды жары и холода.

Волны морской жары и похолодания могут нанести серьезный ущерб океанским экосистемам и местам обитания, таким как коралловые рифы. Эти крайности также могут заставить виды мигрировать или погибнуть, а также привести к внезапным потерям рыболовства.

В исследовании, опубликованном сегодня в ПриродаМы показываем, что почти половина волн жары и похолоданий, достигающих сумеречной зоны океана (от 200 до 1000 метров), вызваны большими вихревыми течениями, закрученными течениями, которые переносят теплую или холодную воду.

По мере того как океаны нагреваются, волны тепла, связанные с вихревыми течениями, становятся более интенсивными, как и похолодания. Они представляют потенциальную угрозу для огромного количества жизни в сумеречной зоне, где проживают самые многочисленные в мире позвоночные и происходит самая крупная миграция на планете.

Мониторинг морских глубин затруднен

Около 90% тепла, удерживаемого парниковыми газами, ушло в океаны. В результате морские волны тепла приходят чаще, особенно у восточного побережья Австралии, Тасмании, северо-восточного побережья Тихого океана в Соединенных Штатах и ​​в Северной Атлантике.

Исследователи уже давно полагаются на спутниковые измерения температуры на поверхности океана, чтобы обнаружить эти экстремальные температурные явления. На температуру поверхности напрямую влияет атмосфера. Но все по-другому на глубине.

Спутники не могут измерять температуру под поверхностью, что значительно затрудняет мониторинг глубокого моря.

Вместо этого у нас есть несколько долгосрочных причалов — измерительных буев, подвешенных на глубине — по всему Мировому океану. Они чрезвычайно ценны, поскольку непрерывно записывают температуру и позволяют обнаруживать экстремальные изменения температуры.

В последние десятилетия произошли долгожданные достижения в виде поплавков «Арго» — роботов-дайверов, которые ныряют на глубину 2000 метров и всплывают на поверхность, по ходу дела измеряя температуру и соленость.

Данные из этих двух источников в сочетании с традиционными измерениями с судов сделали возможным наше исследование.

Тепловые волны внутри вихревых токов

Эти данные дали нам два миллиона высококачественных показаний или «профилей» температуры в мировом океане за три десятилетия. Мы использовали эти богатые данные, чтобы раскрыть роль вихревых токов.

Океанские водовороты представляют собой огромные петли вихревых течений, иногда достигающие сотен километров в поперечнике и достигающие глубины более 1000 метров. Они настолько велики, что их можно увидеть на спутниковых снимках.

Эти мощные течения могут толкать теплую поверхностную воду глубже или поднимать глубокую холодную воду вверх, вызывая быстрые изменения температуры. Водовороты могут преодолевать большие расстояния, прежде чем рассеяться, унося с собой массы более холодной или теплой воды.

Мы обнаружили их роль в возникновении волн сильной жары и похолоданий, изучив каждый температурный профиль и сопоставив его с вихрями, присутствующими в то же время и в том же месте.

Это показало, что вихри играют важную роль в возникновении морских волн тепла и похолодания на глубине более 100 метров, особенно в океанах средних широт к северу и югу от тропиков.

Восточно-Австралийское течение несет теплую воду на юг вдоль восточного побережья, вызывая множество водоворотов. Более 70% более глубоких морских волн тепла в этом районе на самом деле происходили внутри океанских водоворотов.

Когда водовороты в этом течении вращаются против часовой стрелки, они имеют тенденцию приносить морские тепловые волны, перенося теплую воду на глубину. Но когда они вращаются по часовой стрелке, они поднимают холодную глубокую воду выше, вызывая похолодание.

Мы обнаружили, что глубокие экстремальные температуры, связанные с вихрями, чаще наблюдаются в основных пограничных океанских течениях, таких как восточно-австралийское течение и течение Куросио в Тихом океане и Гольфстрим в Атлантике. Глубоководные волны тепла также возникают в течении Леувин у берегов Западной Австралии. Чем сильнее вихревые токи, тем больше вероятность того, что они вызовут экстремальные температуры в глубине.

Вихревые течения являются основной причиной почти половины всех глубоководных океанских волн жары и похолоданий. Другие факторы включают температурные фронты океана, вызванные сильными океанскими течениями и крупномасштабными океанскими волнами.

Что это значит для жизни в океане?

День за днем ​​тепло, удерживаемое парниковыми газами, проникает в океаны.

Можно было бы ожидать увеличения волн морской жары, и это действительно так. Но похолодания не исчезли. Фактически, экстремальные температуры как жары, так и холода становятся все более интенсивными в более глубоких слоях океана по мере изменения климата.

Наши исследования показывают, что вихревые течения усиливают скорость потепления морских волн тепла и скорость охлаждения во время похолоданий. Более теплые океаны в целом приводят к более сильным вихревым течениям, которые, в свою очередь, могут вызвать большие изменения температуры на большем вертикальном расстоянии.

Поскольку мы можем обнаруживать океанские водовороты с помощью спутников, мы можем использовать это исследование, чтобы предсказать, когда вероятны более глубокие морские волны тепла и похолодания. Это поможет определить, какие экосистемы могут пострадать от сильной жары или холода, и оценить, какой ущерб они нанесут.

Слой океана, на который влияют эти экстремальные явления, называется сумеречной зоной — глубина от 200 до 1000 метров. Эти глубины являются домом для многих важных видов рыб и планктона. Фактически, в этой зоне больше биомассы рыб, чем во всем остальном океане вместе взятом. Одна маленькая рыбка, щетиноротая, вероятно, является самым многочисленным позвоночным на Земле, ее численность потенциально исчисляется квадриллионами — тысячами триллионов.

Когда наступает ночь, огромное количество рыб, ракообразных и других существ мигрируют к поверхности, чтобы накормиться в рамках крупнейшей миграции животных на Земле. В течение дня многие рыбы открытого океана направляются в сумерки, чтобы избежать акул, китов и других поверхностных хищников.

Жара и холод, принесенные вихрями, — не единственная угроза сумеречной зоне. Волны морской жары могут привести к снижению уровня кислорода в воде и уменьшению количества питательных веществ. Нам нужно будет выяснить, какую угрозу эти совокупные изменения представляют для жизни в сумерках.

Эта статья переиздана из The Conversation под лицензией Creative Commons. Прочтите оригинал статьи.