Океанические вихри переносят к Антарктиде значительное количество тепла не только у поверхности, но и на глубине около 1000 м. Хотя на такой глубине энергия вихрей примерно в пять раз меньше, чем у поверхности, они переносят примерно вдвое меньше тепла. А в отдельных районах глубоководный перенос может быть сопоставим с поверхностным или даже превосходить его. При этом около 60% тепла, которое глубоководные вихри несут к высоким широтам, поступает со стороны Индийского океана. К таким выводам пришли ученые из Второго института океанографии Министерства природных ресурсов Китая, Университета Восточной Англии в Великобритании, Южно-Китайского института океанологии Китайской академии наук, Австралийского национального университета и Южной морской научно-инженерной лаборатории Гуандуна.
Южный океан представляет собой огромное водное кольцо вокруг Антарктиды. Через него проходит Антарктическое циркумполярное течение – единственное течение, которое непрерывно огибает всю планету. Его мощные потоки движутся преимущественно с запада на восток и затрудняют проникновение более теплой воды с севера в сторону Антарктиды. Однако этот барьер могут преодолевать мезомасштабные вихри – огромные вращающиеся массы воды размером в десятки и сотни километров. Они захватывают воду и переносят ее поперек основного течения, причем могут распространяться на глубину более 1500 метров.
До сих пор роль таких вихрей на большой глубине оставалась плохо изученной. Спутники позволяют подробно наблюдать за поверхностью океана, но не видят происходящего на километровой глубине. Поэтому исследователи использовали данные международной системы Argo – сети автономных океанографических зондов. Большую часть примерно десятидневного рабочего цикла они дрейфуют вместе с течением на глубине около 1000 метров, а затем погружаются глубже и поднимаются к поверхности, измеряя температуру, соленость и другие характеристики воды. Ученые проанализировали более 528 тысяч измерений скорости течений на глубинах 800-1200 метров, собранных в Южном океане с 2001 по 2020 год. По перемещениям зондов они определили движение воды, а по данным о температуре рассчитали перенос тепла вихрями.
Оказалось, что на глубине около километра вихри работают особенно эффективно. Между 40° и 60° южной широты они переносят примерно половину того количества тепла, которое переносят вихри у поверхности, несмотря на то что обладают лишь пятой частью их кинетической энергии. Причина в том, что у поверхности мощное Антарктическое циркумполярное течение сильнее препятствует перемещению воды с севера на юг. На глубине основной поток ослабевает, поэтому вихрям легче переносить теплую воду поперек него. Причем ученые считают полученные значения скорее нижней оценкой, поскольку особенности работы зондов Argo могут приводить к некоторому недоучету движения воды.
Чтобы отдельно оценить влияние вихрей, ученые провели компьютерные эксперименты. Сначала они рассчитали движение воды только под действием среднего течения, а затем добавили вихри. В первом случае вода в основном двигалась вдоль Антарктического циркумполярного течения и слабо распространялась в направлении полюса. С учетом вихрей теплые субтропические воды проникали более чем на 10° широты дальше к югу – это свыше 1100 км. Кроме того, вихри примерно вдвое увеличивали объем воды, пересекающей Антарктическое циркумполярное течение, и примерно вдвое ускоряли этот процесс: количество воды, которое без вихрей переносилось за 1000 дней, с их участием перемещалось менее чем за 500 дней.
Главным источником такого глубоководного переноса оказался сектор Южного океана со стороны Индийского океана. На него приходится около 60% тепла, переносимого вихрями на глубине 1000 метров, хотя этот сектор занимает лишь примерно треть пространства вокруг Антарктиды. В одном из модельных расчетов его доля составила 63%, тогда как на Тихоокеанский сектор пришлось 27%, а на Атлантический – 10%. В Индийском секторе температурные отклонения внутри глубоких вихрей на глубинах 700-1000 метров превышают 1,5 °C и заметно выше, чем в других частях Южного океана.
Полученные результаты важны для оценки будущих изменений Антарктики. Перенесенная вихрями теплая вода может подниматься из глубины и влиять на распределение морского льда и таяние шельфовых ледников снизу. При этом современные климатические модели не всегда достаточно точно воспроизводят глубоководные вихри и их температурную структуру. Более точный учет этого скрытого от спутников переноса тепла, особенно со стороны Индийского океана, поможет лучше оценивать тепловой баланс Южного океана и связанные с ним изменения климата Антарктики.
