Очікується, що води полярних океанів стануть більш рухливими та змішаними в міру потепління планети й відступу морського льоду. Нове дослідження з відкритим доступом показує посилення течій, турбулентності та швидшого горизонтального перемішування в Арктичному океані та вздовж узбережжя Антарктиди. Дослідники з Південної Кореї використали надвисокоточну модель земної системи, щоб порівняти сучасний клімат зі сценаріями, у яких рівень вуглекислого газу в атмосфері подвоюється або навіть зростає вчетверо. Один результат виявився особливо вражаючим: океанічні течії вздовж узбережжя Антарктиди посилилися приблизно на 60% у межах близько 200 кілометрів від берега. Полярні океанічні течії У центрі цього дослідження — мезомасштабне горизонтальне перемішування. Цей процес переносить властивості води вбік на десятки або навіть сотні кілометрів, одночасно переміщуючи тепло, вуглець, поживні речовини та навіть личинки морських організмів. Щоб відстежити, як швидко сусідні маси води віддаляються одна від одної, науковці використали показник, відомий як кінцеворозмірний показник Ляпунова (FSLE) — міру швидкості розділення водних частинок. Цей метод став стандартним у сучасних дослідженнях океанічного перемішування. Роботу очолив аспірант Кюсок Ї з Пусанського національного університету та Інституту базових наук (IBS). Його дослідження зосереджені на мезомасштабній океанічній динаміці та впливі змін клімату. Високі широти нагріваються швидше, ніж середній рівень по планеті, і Арктика, за прогнозами, може бути майже вільною від льоду у вересні щонайменше один раз до 2050 року. Ця оцінка свідчить про формування більш енергійного верхнього шару полярного океану. Арктичні води стають неспокійнішими Коли морський лід зникає, вітри безпосередньо діють на поверхню океану, передаючи механічну енергію воді. Менше тертя означає сильніший середній потік і активніше утворення вихорів, що підсилює турбулентність і перемішування. У зимовий максимум та на початку весни моделювання показало скорочення площі арктичного морського льоду приблизно на 62,4% за умови подвоєного рівня CO₂. При чотириразовому збільшенні вуглекислого газу зменшення сягає 92,8%. Цей різкий спад супроводжується посиленням течій і швидшим розходженням водних мас. Інші незалежні моделі підтверджують цей ефект. Зокрема, симуляція з кілометровим масштабом показала, що енергія вихорів в Арктиці може потроїтися у світі, який тепліший приблизно на 3,9°C, що напряму пов’язує втрату льоду з більш активною циркуляцією води. На картах моделі зони найінтенсивнішого перемішування висвітлюються навколо гіру Бофорта та Трансполярної дрейфової течії — саме там пришвидшується перемішування, змінюючи маршрути переносу тепла та поживних речовин. Океанічні течії Антарктики В Антарктиці причиною змін є не лише сильніші вітри. Опопріснення прибережних вод посилює градієнт густини між шельфом і відкритим океаном, що збільшує нахил поверхні моря й пришвидшує Антарктичну шельфову течію — західний потік, який огортає континент. Модель показує, що в межах близько 200 кілометрів від узбережжя ця течія може посилитися на приблизно 60% за сценарію з високим рівнем CO₂. Поєднання сильнішої основної течії та активніших вихорів призводить до швидшого перемішування вздовж континентального краю. Спостереження й теоретичні розрахунки підтверджують цей зв’язок: свіжіші води біля шельфу підсилюють приплив тепла до берега, створюючи зворотний зв’язок, який додатково прискорює прибережні течії. “Контраст між Арктичним океаном, який оточений материками, та Південним океаном, де материк оточений водою, формує різні фізичні умови перемішування, але результат у разі потепління виявляється подібним”, — зазначає Ї. Як змішування змінює життя в океані Посилене перемішування впливає на те, де й як швидко рухаються тепло й вуглець, змінюючи градієнти, які регулюють обмін між океаном і атмосферою. Воно також визначає час і місце надходження поживних речовин у сонячно освітлені шари — основу для цвітіння планктону. “Горизонтальне перемішування — це ключовий фактор у переміщенні личинок риб океаном”, — пояснив співавтор дослідження професор Джун Лі. “За помірних значень цей процес з’єднує популяції й середовища проживання, сприяючи їхньому генетичному обміну.” Але якщо перемішування стає надто сильним, личинки можуть опинитися у водах, де не здатні вижити. Це може мати серйозні наслідки для рибальства, яке залежить від стабільних зв’язків між місцями нересту й зонами розвитку молоді. Забруднювачі, такі як мікропластик чи нафта, також рухаються за течіями. Швидше розходження водних мас може призвести до ширшого й швидшого поширення забруднення, що ускладнить його відстеження та ліквідацію. Океанічні течії, клімат і майбутнє Для розуміння цих процесів важливо моделювати океан із достатньою деталізацією. Модель, використана в цьому дослідженні, працює з роздільною здатністю близько 0,1 градуса — тобто приблизно 10 кілометрів, що дозволяє врахувати багато вихорів, які старіші глобальні моделі згладжували. “Ми створюємо нове покоління моделей земної системи, які краще інтегрують взаємодію між кліматом і живими організмами”, — зазначив професор Аксель Тіммерман. “Це допоможе глибше зрозуміти, як полярні екосистеми реагують на глобальне потепління. Наступний крок — докладно включити біологічні процеси в такі моделі.” Подальші спостереження допоможуть перевірити та вдосконалити прогнози. Супутники, автономні буї й прибережні станції можуть фіксувати, як змінюються густина води, течії та рівень перемішування зі зменшенням крижаного покриву. Дослідження опубліковане в журналі Nature Climate Change.