Подводные волны глубоко под поверхностью океана - некоторые из них достигают высоты 500 метров - играют важную роль в том, как океан накапливает тепло и углерод, согласно новому исследованию.

Международная группа исследователей под руководством Кембриджского университета, Оксфордского университета и Калифорнийского университета в Сан-Диего оценила влияние этих волн и других форм подводной турбулентности в Атлантическом океане и обнаружила, что их значение неточно отражено в климатических моделях, на основе которых строится государственная политика.

Большая часть тепла и углерода, выделяемых в результате деятельности человека, поглощается океаном, но то, сколько он может поглотить, зависит от турбулентности во внутренних слоях океана, поскольку тепло и углерод либо выталкиваются вглубь океана, либо притягиваются к поверхности.

Хотя эти подводные волны уже хорошо известны, их значение в переносе тепла и углерода до конца не изучено.

Результаты, о которых сообщается в журнале AGU Advances, показывают, что турбулентность в недрах океанов играет более важную роль в переносе углерода и тепла в глобальном масштабе, чем это представлялось ранее.

Океаническая циркуляция переносит теплые воды из тропиков в Северную Атлантику, где они охлаждаются, опускаются и возвращаются на юг в глубины океана, подобно гигантской конвейерной ленте. Атлантическая ветвь этой циркуляции, называемая Атлантической меридиональной переливной циркуляцией (АМОЦ), играет ключевую роль в регулировании глобального теплового и углеродного бюджетов. Циркуляция океана перераспределяет тепло в полярные регионы, где оно растапливает лед, а углерод - в глубины океана, где он может храниться тысячи лет.

"Если бы вы сфотографировали внутреннюю часть океана, то увидели бы множество сложных динамических процессов", - говорит первый автор исследования доктор Лаура Чимоли с факультета прикладной математики и теоретической физики Кембриджа. "Под поверхностью воды есть струи, течения и волны - в глубоком океане высота этих волн может достигать 500 метров, но они разбиваются точно так же, как волны на пляже".

"Атлантический океан особенный в том, как он влияет на глобальный климат", - сказал соавтор исследования доктор Али Машаек с факультета наук о Земле Кембриджа. "Он имеет сильную циркуляцию от полюса к полюсу от верхних слоев до глубокого океана. Вода также движется быстрее на поверхности, чем в глубинах океана".

В течение последних нескольких десятилетий исследователи изучали вопрос о том, может ли АМОК быть фактором, объясняющим, почему Арктика потеряла так много ледяного покрова, в то время как некоторые антарктические ледяные щиты растут. Одно из возможных объяснений этого явления заключается в том, что тепло, поглощаемое океаном в Северной Атлантике, доходит до Антарктики за несколько сотен лет.

Теперь, используя сочетание дистанционного зондирования, судовых измерений и данных с автономных буев, исследователи из Кембриджа обнаружили, что тепло из Северной Атлантики может достигать Антарктики гораздо быстрее, чем считалось ранее. Кроме того, турбулентность в океане - в частности, большие подводные волны - играет важную роль в климате.

Подобно гигантскому торту, океан состоит из различных слоев, где более холодная и плотная вода находится внизу, а более теплая и легкая - наверху. Большая часть переноса тепла и углерода в океане происходит в пределах определенного слоя, но тепло и углерод могут перемещаться и между плотными слоями, возвращая глубокие воды на поверхность.

Исследователи обнаружили, что перемещению тепла и углерода между слоями способствует мелкомасштабная турбулентность - явление, не полностью представленное в климатических моделях.

Оценки перемешивания, полученные с помощью различных платформ наблюдения, показали наличие мелкомасштабной турбулентности в верхней ветви циркуляции, что согласуется с теоретическими предсказаниями океанических внутренних волн. Различные оценки показали, что турбулентность в основном влияет на класс плотных слоев, связанных с ядром глубоких вод, движущихся на юг из Северной Атлантики в Южный океан. Это означает, что тепло и углерод, переносимые этими водными массами, имеют высокие шансы быть перемещенными через различные уровни плотности.

"Климатические модели учитывают турбулентность, но в основном в том, как она влияет на циркуляцию океана", - говорит Чимоли. "Но мы обнаружили, что турбулентность жизненно важна сама по себе и играет ключевую роль в том, сколько углерода и тепла поглощается океаном и где оно хранится".

"Многие климатические модели имеют слишком упрощенное представление о роли микромасштабной турбулентности, но мы показали, что она значительна, и к ней следует относиться более внимательно", - сказал Машаек. "Например, турбулентность и ее роль в циркуляции океана влияет на то, сколько антропогенного тепла достигает Антарктического ледяного щита, и на временные рамки, в которых это происходит".

Исследование указывает на срочную необходимость установки датчиков турбулентности на глобальных сетях наблюдений и более точного представления мелкомасштабной турбулентности в климатических моделях, чтобы ученые могли делать более точные прогнозы будущих последствий изменения климата.