Течения в глубоководных частях Мирового океана исследовать чрезвычайно сложно. Со спутников их не видно, для численного моделирования не хватает данных, автономные дрейфующие буи, как правило, не достают до больших глубин. В этом случае необходимы замеры непосредственно на месте с научно-исследовательских судов. Российские ученые впервые представили такие данные в ранее неизученной части канала Вима, который играет большую роль в переносе холодной антарктической воды в Атлантику. Статья об этом опубликована в Journal of Geophysical Research: Oceans.
Осенью и зимой на шельфе Антарктиды образуются экстремально холодные, ниже двух градусов Цельсия, очень плотные воды. Эту водную массу называют Антарктической донной водой. В южной части Атлантического океана она занимает нижнюю километровую толщу.
Антарктическая донная вода попадает в Аргентинскую котловину по системе глубоководных разломов, а оттуда в Бразильскую котловину по трем каналам, из которых самый глубокий — канал Вима. Он переносит наиболее холодные донные воды в тропическую Атлантику, откуда она распространяется дальше в северо-восточную и северо-западную части Атлантического океана, достигая средних широт Северного полушария.
Течения в канале Вима влияют на Атлантическую меридиональную циркуляцию и климат в целом. Однако глобальные модели океана не позволяют сделать точные расчеты течений из-за недостатка непосредственных измерений, неточной топографии дна, проблем с численным описанием физических процессов в абиссали Мирового океана — так называют глубоководные океанические равнины, расположенные на глубинах более 4000 м.
Канал Вима промыт в глубоководных породах течениями донных вод. По сути, это подводное русло длиной 700 и шириной 20 километров со стенками высотой полкилометра. В его средней, наименее изученной части расположено подводное поднятие, разделяющее канал на два широких каньона. Донные воды огибают его двумя потоками.
В 2019 году Дмитрий Фрей, доцент кафедры термогидромеханики океана МФТИ, основываясь на данных численного моделирования, предположил, что две ветви донных вод можно отследить в средней части канала Вима. Вскоре эту гипотезу подтвердили полевые исследования. В новой работе исследователь впервые опубликовал анализ непосредственных измерений скорости, направления, термохалинных свойств (температуры и солености), выполненных на поперечном разрезе в районе 28 параллели южной широты, а также вдоль канала Вима.
«Это была экспедиция нашей лаборатории зимой 2019–2020 года на научно исследовательском судне “Академик Мстислав Келдыш”, проведенная в год 200-летия открытия Антарктиды Беллинсгаузеном и Лазаревым. Мы выполняли измерения в районе Антарктического полуострова. Но помимо этого, мы исследовали, как Антарктическая донная вода распространяется дальше в придонном слое Атлантики. Оказалось, что одно из течений в канале Вима разветвляется на две отдельные ветви», — рассказал Дмитрий Фрей, который представляет также Институт океанологии им. П. П. Ширшова РАН (Москва) и Морской гидрофизический институт РАН (Севастополь).
Измерения проводили дважды — в январе (по пути к Антарктическому полуострову) и марте–апреле (на обратном пути в Калининград). Всего сделано 25 станций на глубине порядка пяти километров. Для анализа добавили замеры из базы данных Мирового океана WOD‐18, сделанные в канале Вима ранее.
Рисунок 1. (a) — Оранжевая сплошная линия — основной поток Антарктической донной воды в канале Вима. (b) — Части канала Вима. Средняя часть детально изучена впервые в рамках опубликованной работы. (c) — Течения в средней части канала Вима. Пунктирная оранжевая линия — дополнительное, относительно неглубокое течение, которое периодически изменяет направление на противоположное. Источник: Journal of Geophysical Research: Oceans
Поперечные замеры сделали на трех океанографических разрезах. Причем эти измерения были выполнены почти одновременно, что позволило сравнить пространственную изменчивость потока Антарктической донной воды в канале Вима. Выяснилось, что его максимальная скорость различается в разных частях канала. В южной части она равна 31 сантиметру в секунду, в средней 17, а в северной — 25. Причем максимум локализуется либо в самом глубоком слое, либо на 200 метров выше.
В этой экспедиции было открыто дополнительное течение в средней части канала Вима, которое меняет направление на противоположное. При повторном измерении выяснилось, что скорость этого дополнительного течения несколько ниже, чем в основном канале — 13 сантиметров в секунду, а направление может меняться с северного на южное. У воды, возвращающейся с севера, несколько выше температура. По вертикали поток обладает сложной структурой.
«В каньоне есть более глубокое место, по которому течет донная вода, а мы открыли еще одно русло, более мелководное. Через него распространяется более теплая вода», — уточнил ученый. По его словам, знание точной картины абиссальных течений позволит более корректно настраивать численные модели океана и более точно оценивать перенос тепла океаном, что важно в том числе для исследований климата Земли.
Рисунок 2. Многолетний тренд температуры, начиная с 2003 года, в трех частях канала Вима. Каждая точка показывает минимальное значение потенциальной температуры, наблюдаемое в придонном слое. Заметен многолетний тренд потепления донных вод. Источник: Journal of Geophysical Research: Oceans
Течения в таких каналах также важны для изучения осадконакопления в абиссали океана. Они меняют рельеф, управляют формированием осадочной толщи в Мировом океане. Российские исследователи полагают, что изученные ими потоки могут значительно влиять на перенос и образование осадков в юго-западной Атлантике. Кроме того, неглубокие каналы и рециркуляция могут изменить время нахождения Антарктической донной воды в канале Вима, по крайней мере, в более теплых его слоях. Все это важно учитывать для понимания системы течений, распределяющей тепло в Атлантике.
___________________
Работа выполнена при поддержке РНФ (проект 22-77-10004).
