Масштабные океанские течения – это своего рода конвейеры, переносящие воду и питательные вещества, а также регулирующие климат Земли. Поверхностные течения измерить и отслеживать относительно легко, но глубинные остаются загадкой. Однако новое исследование, опубликованное в журнале Nature Geoscience, представило самую обширную на сегодняшний день базу данных о скорости и направлении течений, проходящих у морского дна, и они оказались совсем не такими, как ожидали учёные.
Ранее считалось, что придонные течения стабильны, и в регионе у побережья Мозамбика, который исследовали авторы работы, текут с юга на север. Однако результаты показали, что глубоководные течения значительно более динамичны, чем считалось ранее. Эти данные указывают на то, что существующие модели, используемые для отслеживания переноса осадков и загрязняющих веществ в глубинах океана, а также для восстановления древних океанических условий, нуждаются в пересмотре.
«Эти конвейеры течений, действующие по всей планете, оказались намного сложнее, чем предполагают учебные модели, — сказал Майк Клэр (Mike Clare), седиментолог Национального океанографического центра и ведущий автор исследования. — Они действительно требуют очень тщательного изучения.»
Измерение сложных течений
Учёные могут измерять глубоководные течения с помощью датчиков, называемых акустическими доплеровскими профилографами течений (ADCP), которые закрепляют на морском дне. Однако установка и обслуживание таких систем сложны и дороги, поэтому многие исследования используют их редко и на короткие периоды времени.
К счастью, итальянская нефтегазовая компания Eni развернула в Мозамбикском проливе, у самого побережья, на площади примерно 2500 квадратных километров (965 квадратных миль) в промышленных целях беспрецедентную сеть из 34 ADCP. Компания предоставила данные, что дало учёным уникальную возможность получить детализированное представление о морском дне. Приборы измеряли скорость и направление течений каждые 10 минут на протяжении 4 лет.
«Уникальность этого исследования заключается в длительном временном ряде данных о придонных течениях», — сказал Джейкоб Венеграт (Jacob Wenegrat), физический океанограф из Университета Мэриленда, который не участвовал в исследовании.
Когда Льюис Бейли (Lewis Bailey), геолог, ныне работающий в Университете Калгари, начал анализировать огромное количество данных с ADCP, результаты настолько отличались от ожидаемого постоянного северного течения, что он даже засомневался, не допустил ли он ошибку.
«Первая мысль была: «Этого не может быть»», — сказал он.
Но после обработки всех данных исследователи выявили, что придонные течения часто ускорялись, замедлялись и даже меняли направление.
«Мы были очень удивлены, увидев, насколько изменчивы были течения даже между точками, которые находились относительно близко друг к другу», — сказал Бейли.
«Все геологи, участвовавшие в этом проекте, были просто ошеломлены такой изменчивостью», — добавил Клэр.
Исследователи попытались выяснить, что могло вызвать такие колебания.
«Это было похоже на детективную работу», — отметил Бейли.
Течения изменялись в зависимости от сезонов и приливных циклов. Данные ADCP и узоры размыва на морском дне показали, что течения на открытых склонах морского дна в среднем текут на север. Однако в подводных каньонах, ориентированных примерно с востока на запад, течение часто меняет направление, двигаясь вверх или вниз вдоль их протяжённости.
Учёные предполагают, что характер течений в значительной степени определяется приливами и топографией морского дна.
Хорошо изученные поверхностные течения часто меняют свою скорость и направление, но, по словам Венеграта, в последнее время у физиков-океанографов возрос интерес к изучению придонных вод.
«Многие процессы, происходящие на поверхности океана, происходят и внизу, — сказал он. — Приятно видеть столь обширную запись всех временных и пространственных изменений», — добавил Венеграт, комментируя новое исследование.
Клэр отметил, что ограниченные исследования глубоководных течений иногда противоречат друг другу, но эти различия, вероятно, связаны с временем и местом проведения измерений.
«Я думаю, что все лагеря, которые не соглашались друг с другом, на самом деле правы», — сказал он.
Где оседают осадки?
Учёные полагаются на модели океанских течений и ограниченные данные по кернам морского дна для изучения переноса и осаждения осадков и загрязняющих веществ, таких как микропластик, и их влияния на глубоководные экосистемы. Эти методы также используются для восстановления древних океанических условий.
Авторы нового исследования предположили, что такие модели могут быть чрезмерно упрощены.
По словам Клэра, учитывая изменчивость течений на разных участках исследования, одного образца керна может быть слишком мало, чтобы охарактеризовать отложения в регионе.
«Это заставило меня осознать, что нужно очень тщательно подходить к размещению приборов и не делать преждевременных выводов в отношении того, что здесь течёт постоянное однонаправленное течение.»
Исследователи признали, что исследование проводилось только в одной зоне мирового океана, и дополнительные данные из других регионов будут бесценны для создания более точных моделей.