Океан становится более стабильным, и это может быть не очень хорошо

Если вы когда-либо страдали морской болезнью, то «стабильный» может быть последним словом, которое вы ассоциируете с океаном. Но по мере повышения глобальной температуры мировые океаны технически становятся более стабильными. И когда ученые говорят о стабильности океана, они имеют в виду, насколько разные слои моря смешиваются друг с другом. Недавнее исследование проанализировало более миллиона образцов и показало, что за последние пять десятилетий стабильность океана росла в шесть раз быстрее, чем ожидали ученые.

Фото: https://www.pexels.com/

Стабильность океана является важным регулятором глобального климата и продуктивности морских экосистем, которые кормят значительную часть населения мира. Он контролирует обмен теплом, углеродом, питательными веществами и растворенными газами между верхними и нижними слоями океана. Таким образом, хотя более стабильный океан может показаться идиллическим, реальность менее утешительна. Это может означать, что верхний слой удерживает больше тепла и содержит меньше питательных веществ, что оказывает большое влияние на жизнь океана и климат.

Как океаны распространяют тепло

Чем дальше от экватора к полюсам, тем ниже температура поверхности моря. Это простой момент, но он имеет огромное значение. Поскольку температура, наряду с соленостью и давлением, контролирует плотность морской воды, это означает, что поверхность океана также становится более плотной по мере удаления от тропиков. Плотность морской воды также увеличивается с глубиной, потому что солнечный свет, согревающий океан, поглощается поверхностью, в то время как глубокий океан полон холодной воды. Изменение плотности с глубиной океанологи называют стабильностью. Чем быстрее плотность увеличивается с глубиной, тем более стабильным считается океан.

Поверхностный смешанный слой занимает верхние (примерно) 100 метров океана и является местом обмена тепла, пресной воды, углерода и растворенных газов с атмосферой. Турбулентность, вызванная ветром и волнами на поверхности моря, смешивает всю воду воедино. Самый нижний слой, называемый бездной, простирается от нескольких сотен метров до морского дна. Здесь холодно и темно, со слабыми течениями, медленно циркулирующими по планете, вода остается изолированной от поверхности в течение десятилетий или даже столетий.

Разделение бездны и поверхностного перемешанного слоя называется пикноклином. Мы можем думать об этом как о слое пищевой пленки (или саранской пленки). Он невидимый и гибкий, но не позволяет воде течь через него. Когда пленка разрывается на клочки, что происходит в океане, когда турбулентность эффективно разрывает пикноклин, вода может просачиваться в обоих направлениях. Но по мере того, как глобальные температуры повышаются, и поверхностный слой океана поглощает больше тепла, пикноклин становится более стабильным, что затрудняет смешивание воды на поверхности океана и в бездне.

Почему это проблема? Ну, есть невидимая конвейерная лента морской воды, которая перемещает теплую воду от экватора к полюсам, где она охлаждается, становится более плотной и опускается, возвращаясь обратно к экватору на глубине. Во время этого путешествия тепло, поглощаемое поверхностью океана, перемещается в бездну, помогая перераспределить тепловую нагрузку океана, накапливаемую в атмосфере, которая быстро нагревается из-за выбросов парниковых газов. Если более стабильный пикноклин улавливает больше тепла на поверхности океана, это может нарушить эффективность поглощения океаном избыточного тепла и давления грудов на чувствительные мелководные экосистемы, такие как коралловые рифы. И точно так же, как поверхность океана содержит тепло, которое необходимо перемешивать вниз, бездна содержит огромный резервуар питательных веществ, которые необходимо перемешивать вверх.

Фото: https://do-slez.com/

Строительными блоками большинства морских экосистем являются фитопланктон: микроскопические водоросли, которые используют фотосинтез для производства собственной пищи и поглощают огромное количество CO₂ из атмосферы, а также производят большую часть кислорода в мире. Фитопланктон может расти только при наличии достаточного количества света и питательных веществ. Весной солнечный свет, более длинные дни и слабый ветер позволяют сезонному пикноклину формироваться у поверхности. Любые доступные питательные вещества, задержанные над этим пикноклином, быстро расходуются фитопланктоном, поскольку они растут в так называемом весеннем цветении.

Чтобы фитопланктон на поверхности продолжал расти, питательные вещества из бездны должны пересекать пикноклин. И тут возникает другая проблема. Если фитопланктон испытывает нехватку питательных веществ из-за усиленного пикноклина, то для подавляющего большинства океанических организмов пищи меньше, начиная с крошечных микроскопических животных, которые едят водоросли, и мелких рыб, которые их едят, и, продвигаясь вверх по пищевой цепочке к акулам и китам. Точно так же, как более стабильный океан менее эффективен в переносе тепла в глубины моря и регулировании климата, он также хуже поддерживает живые пищевые сети на залитой солнцем поверхности, от которых зависит питание общества.

Стоит ли волноваться?

Циркуляция океана постоянно развивается с естественными вариациями и изменениями, вызванными деятельностью человека. Возрастающая стабильность пикноклина – лишь одна часть чрезвычайно сложной головоломки, которую океанологи пытаются решить.

Чтобы предсказать будущие изменения нашего климата, специалисты используют численные модели океана и атмосферы, которые должны включать все физические процессы, ответственные за их изменение. У них нет компьютеров, достаточно мощных, чтобы учесть эффекты мелкомасштабных турбулентных процессов в модели, моделирующей условия в глобальном масштабе. Однако они знают, что деятельность человека оказывает большее, чем ожидалось, влияние на фундаментальные аспекты систем нашей планеты. И нам могут не понравиться последствия.