Морская тепловая волна 2013-2016 годов, известная под названием "Шар", привела к потеплению огромного пространства поверхностных вод в северо-восточной части Тихого океана, нарушив морские экосистемы Западного побережья, снизив возврат лосося и нанеся ущерб коммерческому рыболовству. Это также вызвало волну исследований экстремального потепления поверхностных вод океана.

Но, как показывают новые исследования NOAA, морские тепловые волны происходят и глубоко под водой.

В работе, опубликованной в журнале Nature Communications, группа исследователей под руководством NOAA использовала сочетание наблюдений и компьютерных моделей для создания первой широкой оценки донных морских тепловых волн в продуктивных водах континентального шельфа вокруг Северной Америки.

"Исследователи изучают морские тепловые волны на поверхности моря уже более десяти лет", - сказал ведущий автор Диллон Амайя, научный сотрудник Лаборатории физических наук NOAA. "Впервые мы смогли погрузиться глубже и оценить, как эти экстремальные явления разворачиваются на мелководном морском дне".

Морские тепловые волны резко влияют на здоровье океанических экосистем по всему миру, нарушая продуктивность и распределение организмов, как мелких, например, планктона, так и крупных, например, китов. В результате были предприняты значительные усилия по изучению, отслеживанию и прогнозированию сроков, интенсивности, продолжительности и физических факторов, вызывающих эти явления.

Большая часть этих исследований сосредоточена на экстремальных значениях температуры на поверхности океана, для которых имеется гораздо больше высококачественных наблюдений, сделанных спутниками, судами и буями. Температура поверхности моря также может служить индикатором многих физических и биохимических характеристик океана для чувствительных морских экосистем, что делает анализ более простым.

Около 90% избыточного тепла от глобального потепления было поглощено океаном, который за последнее столетие потеплел примерно на 1,5C. За последнее десятилетие морские тепловые волны участились примерно на 50%.

В последние годы ученые активизировали усилия по изучению морских тепловых волн во всей толще воды, используя имеющиеся ограниченные данные. Но предыдущие исследования не были направлены на изучение экстремальных температур на дне океана вдоль континентальных шельфов, которые являются критической средой обитания для таких важных промысловых видов, как омары, морские гребешки, крабы, камбала, треска и другие наземные рыбы.

В связи с относительной скудностью данных о температуре придонной воды, ученые использовали для проведения оценки продукт данных под названием "реанализ", который начинается с имеющихся наблюдений и использует компьютерные модели, имитирующие океанические течения и влияние атмосферы, чтобы "заполнить пробелы". Используя аналогичный метод, ученые NOAA смогли восстановить глобальную погоду вплоть до начала 19 века.

Хотя повторные анализы океана существуют уже давно, только недавно они стали достаточно искусными и с достаточно высоким разрешением, чтобы исследовать особенности океана, включая температуру дна, вблизи побережья.

Исследовательская группа из NOAA, CIRES и NCAR обнаружила, что на континентальных шельфах вокруг Северной Америки придонные морские тепловые волны, как правило, сохраняются дольше, чем их поверхностные аналоги, и могут иметь более значительные сигналы потепления, чем вышележащие поверхностные воды. Придонные и поверхностные морские тепловые волны могут возникать одновременно в одном и том же месте, особенно в мелководных регионах, где поверхностные и придонные воды смешиваются.

Но донные морские тепловые волны могут также возникать при незначительных признаках потепления на поверхности или вообще без них, что имеет важные последствия для управления коммерчески важным рыболовством. "Это означает, что это может происходить без ведома руководителей, пока не начнут проявляться последствия", - говорит Амайя.

В 2015 году сочетание вредоносного цветения водорослей и потери среды обитания ламинарии у западного побережья США - оба эти явления были вызваны "шаром" - привело к закрытию промыслов моллюсков, что стоило экономике более 185 миллионов долларов, согласно исследованию 2021 года. Коммерческий промысел краба Дангенесс в трех штатах США понес убытки в размере 97,5 млн долларов США, причем пострадали как племенные, так и неплеменные рыболовецкие хозяйства. Прибрежные общины Вашингтона и Калифорнии потеряли в совокупности 84 млн долларов США в виде расходов туристов из-за закрытия рекреационного промысла моллюска-бритвы и абалона.

В 2021 году результаты исследования молоди рыбы, опубликованные NOAA Fisheries, показали, что во время "шара" численность трески в Аляскинском заливе резко упала, сократившись на 71% в период с 2015 по 2017 год. С другой стороны, в беспрецедентных океанических условиях процветала молодь молоди сурка и других морских обитателей в системе Северо-Калифорнийского течения, говорится в работе 2019 года, подготовленной исследователями из Университета штата Орегон и NOAA Fisheries.

Необычно теплая температура придонной воды также связана с распространением инвазивной рыбы-льва на юго-востоке США, обесцвечиванием кораллов и последующим сокращением численности рифовых рыб, изменением выживаемости молоди атлантической трески и исчезновением прибрежных популяций омаров в южной части Новой Англии.

Авторы говорят, что важно поддерживать существующие системы мониторинга континентального шельфа и развивать новые возможности мониторинга в режиме реального времени, чтобы предупредить менеджеров морских ресурсов о потеплении дна.

"Мы знаем, что раннее распознавание морских тепловых волн необходимо для проактивного управления прибрежными районами океана", - сказал соавтор исследования Майкл Джейкокс, океанограф-исследователь, который делит свое время между Юго-западным научным центром NOAA по рыболовству и Лабораторией физических наук. "Теперь стало ясно, что нам необходимо уделять больше внимания дну океана, где обитают некоторые из наиболее ценных видов и где тепловые волны могут быть совсем иными, чем на поверхности".