Исследователи из Университета Торонто определили механизм, ответственный за формирование "лестниц" температуры и солености в Северном Ледовитом океане, разрешив загадку, которая более полувека ставила в тупик океанографов и климатологов.

Понимание того, как работают эти вертикальные структуры, обещает пролить больше света на причины и последствия быстрой потери арктического морского льда в условиях изменения климата.

"Наше открытие нового механизма гидродинамической нестабильности дает представление о формировании лестничных структур, возникающих в результате смешивания теплой соленой воды и более прохладной пресной воды", - сказал Ючен Ма, кандидат философии на кафедре физики факультета искусств и наук и ведущий автор исследования. опубликовано в журнале Physical Review с описанием полученных результатов.

"Эти структуры были впервые обнаружены в конце 1960-х годов, но механизм, ответственный за их существование, так и не был объяснен".

Известные как термохалинные лестницы, эти ступенчатые колебания температуры и концентрации солей распространены в широком диапазоне регионов мирового океана.

Результаты, опубликованные в Physical Review Fluids, которые вызвали значительный положительный отклик со стороны исследовательского сообщества, полностью подтверждают предыдущий анализ тех же авторов, опубликованный в Journal of Fluid Mechanics в 2020 году, который задокументировал существование этой новой гидродинамической нестабильности. Проверка была проведена путем разработки серии прямых численных симуляций турбулентности в Северном Ледовитом океане, чтобы лучше понять глобальную циркуляцию океана.

"Океан обычно рассматривается как крайне хаотичная и турбулентная среда, поэтому поразительно видеть в нем такие четко очерченные слои соли и тепла", - говорит Ма.

Поток тепла из океана в вышележащий морской лед сильно усиливается благодаря наличию термохалинных лестниц. Таким образом, понимание процесса образования льда в полярных океанах важно для разработки будущих прогнозов глобального потепления и информирования об усилиях по смягчению последствий потери морского льда.

"В эту эпоху глобального потепления хорошо известно, что потеря ледяного покрова Северного Ледовитого океана является критическим аспектом этого глобального процесса", - сказал профессор университета У. Ричард Пельтье с физического факультета, который является соавтором исследований и доктором философии. супервайзер.

"Хотя степень, в которой формирование лестницы способствует этой потере, еще предстоит определить количественно, мы можем с уверенностью сказать, что океанический компонент климатических моделей, используемых для составления прогнозов процесса глобального потепления, не способен разрешить процесс формирования лестницы".

Исследование основывается на предыдущей работе, которая была сосредоточена на понимании циркуляции мирового океана в условиях ледникового периода от 30 000 до 70 000 лет назад.

В ранее разработанной модели ледникового климата было показано, что быстрые переходы от холодной погоды к теплой вызваны обширной "дырой" в морском ледяном покрове Северной Атлантики, образовавшейся в результате теплового потока из океана в морской лед. Величина этого теплового потока была определена исходя из предположения, что в океане внизу образовалась лестница.