Table of Contents

Океаны Земли, покрывающие более 70 процентов поверхности планеты, служат фундаментальным регулятором глобального климата. Среди наиболее влиятельных океанических явлений — круговороты — огромные вращающиеся системы океанических течений, которые охватывают целые бассейны и сильно влияют на экологические и климатические системы Земли. Эти круги делают гораздо больше, чем просто переносят воду; они перераспределяют тепло, формируют погодные и климатические модели, стимулируют производительность морской среды и играют ключевую роль в глобальном углеродном цикле. Всестороннее понимание того, как основные океанические круги влияют на глобальный климат, имеет решающее значение для прогнозирования будущих воздействий изменения климата, сохранения морского биоразнообразия и устойчивого управления ресурсами океана.

Понимание океанических зерен: определение и формирование

Океанические круги огромны, круговые океанические системы тока, в основном обусловлены взаимодействием глобальных ветровых моделей и вращения Земли. Основной силой, стоящей за формированием круговорота, являются преобладающие поверхностные ветры - торговые ветры, доминирующие в тропических регионах и Вестерли, преобладающие в средних широтах. Эти ветры толкают поверхностные воды на огромные расстояния. Между тем, эффект Кориолиса, следствие вращения Земли, заставляет эти движущиеся водные массы отклоняться, что приводит к крупномасштабным спиральным течениям. Это отклонение заставляет круги вращаться по часовой стрелке в Северном полушарии и против часовой стрелки в Южном полушарии.

Пять основных субтропических кругов преобладают в Мировом океане, каждый из которых характеризуется различными современными системами и климатическими влияниями:

  • Североатлантический ливень — охватывающий Гольфстрим, Канарское течение, Североатлантическое течение и Североатлантический экваториальный ток.
  • Южноатлантический ливень — составлен из бразильского течения, Бенгельского течения и южного экваториального течения.
  • Северо-Тихоокеанский Гир — образованный течением Куросио, Калифорнийским течением, Северо-Тихоокеанским течением и Северным экваториальным течением.
  • Южно-Тихоокеанский ливень — включая Восточно-Австралийское течение, Гумбольдтское течение (Перу) и Южное экваториальное течение.
  • Индийский океанский ливень — обусловленный течением Агулхаса, западно-австралийским течением и южным экваториальным течением.

Каждый круговорот охватывает тысячи километров и оказывает глубокое влияние на региональный и глобальный климат.Помимо их поверхностной циркуляции, эти круги являются неотъемлемыми компонентами глобального конвейерного пояса океана — термохалинной циркуляции, которая связывает поверхностные и глубокие океанские воды, перераспределяя тепло и питательные вещества по всему миру.

Механизмы, с помощью которых гирмы влияют на климат

Океанические круги регулируют глобальный и региональный климат с помощью множества взаимосвязанных механизмов, главным образом путем перераспределения тепла и регулирования взаимодействия океан-атмосфера.

Тепловой транспорт и умеренная температура

Гиры переносят теплые тропические воды на полюс и возвращают более прохладные, полярные воды к экватору. Этот массивный теплообмен смягчает экстремальные температуры, предотвращая перегрев экваториальных областей и чрезмерное охлаждение полярных областей. Поскольку вода обладает высокой теплоемкостью по сравнению с воздухом, даже тонкие изменения силы круговорота могут значительно повлиять на циркуляцию атмосферы и погодные условия.

Например, полюсный поток теплой воды в Северной Атлантике помогает Западной Европе поддерживать мягкую зиму, при этом температура до 5 ° C теплее, чем в других регионах на аналогичных широтах. Это выделение тепла из океанских течений в атмосферу влияет на штормовые пути, уровень влажности и характер осадков.

Углеродная секвестрация и биологический насос

Океанические круги также играют решающую роль в глобальном углеродном цикле. По мере того, как поверхностные воды охлаждаются и опускаются по краям кругов, они вытягивают атмосферный углекислый газ (CO2). В центрах кругового движения и краях фитопланктонные сообщества фиксируют углерод посредством фотосинтеза, образуя основу морских пищевых сетей. Когда эти организмы умирают, их органический углерод погружается в глубокий океан в процессе, известном как биологический углеродный насос.

Кроме того, насос растворимости способствует поглощению CO2, где более холодные воды растворяют больше углекислого газа. Вместе эти процессы позволяют гирам хранить большое количество антропогенного углерода, смягчая темпы глобального потепления. Нарушения этих процессов могут ускорить накопление CO2 в атмосфере, усугубляя изменение климата.

Влияние на погодные и штормовые системы

Серебряные потоки также влияют на погодные условия, изменяя температуру поверхности моря (SSTs). Теплые воды способствуют образованию и интенсификации тропических циклонов и ураганов, обеспечивая энергию, необходимую для развития шторма. Например, теплые воды Гольфстрима питают сезон ураганов в Атлантике, непосредственно влияя на интенсивность и частоту штормов.

Кроме того, циркуляция гирей связана с крупномасштабными климатическими явлениями, такими как Эль-Ниньо и Ла-Нинья, которые происходят в тропической части Тихого океана.Эти события связаны с изменениями в моделях течения гирей, которые резко влияют на глобальные распределения осадков, температуры и атмосферного давления, с широко распространенными экологическими и социально-экономическими последствиями.

Подробное исследование основных океанических зерен и их воздействия на климат

Североатлантический ливень

Североатлантический Гир является одной из наиболее широко изученных систем из-за его значительного влияния на климат и экономической важности.Центральным в этом круговороте является Гольфстрим, мощный западный пограничный поток, который транспортирует теплую воду из Карибского бассейна на север вдоль восточного побережья США, прежде чем перейти к Европе.

Этот теплотранспорт смягчает зимы по всей Западной Европе, поддерживая умеренный климат на Британских островах, во Франции и Скандинавии.Без сдерживающего влияния Гольфстрима эти районы, вероятно, будут испытывать гораздо более холодные зимы, подобные регионам в северной Канаде или Сибири в сопоставимых широтах.

Более того, теплые воды Североатлантического моря заряжают энергией сезон ураганов в Атлантике. Ураганы требуют температуры поверхности моря выше 26,5 °C для развития и усиления, а Гольфстрим последовательно обеспечивает эту тепловую энергию. Вдоль восточного побережья США циклы подъема прибрежных районов, управляемые из гироскопа, влияют на доступность питательных веществ, поддерживая рыболовство от Гранд-Бэнкса до Среднеатлантического залива.

Важно отметить, что Североатлантический ливень взаимодействует с Атлантической меридиональной циркуляцией (AMOC), более масштабной текущей системой, ответственной за глубоководное образование и перераспределение тепла через Атлантический бассейн. Недавние исследования показывают, что замедление циркуляции гиры может нарушить доставку тепла в Европу, изменить штормовые пути и способствовать повышению уровня моря вдоль восточного побережья США, создавая значительные климатические риски. NOAA Climate.gov предоставляет подробную информацию о AMOC и его последствиях .

Северный тихоокеанский ливень

Северный тихоокеанский ливень охватывает обширную часть Тихого океана и глубоко влияет на климат через Тихоокеанский рубеж.Его западное пограничное течение, Куросио-Ток, транспортирует теплые тропические воды на север вдоль берегов Тайваня и Японии, способствуя относительно мягким зимним условиям в этих регионах.

И наоборот, Калифорнийское течение несет более прохладные воды на юг вдоль западного побережья США, закаливая прибрежные температуры и поддерживая богатые морские экосистемы. Это динамичное взаимодействие теплых и холодных течений формирует региональные рыболовные промыслы и погодные условия.

Северный тихоокеанский ливень тесно связан с Эль-Ниньо-южным колебанием (ENSO), климатической моделью, характеризующейся колебаниями температуры поверхности моря и атмосферного давления в тропической части Тихого океана. Во время событий Эль-Ниньо ослабленные торговые ветры вызывают накопление теплой воды в центральной и восточной части Тихого океана, нарушая глобальные погодные условия и вызывая наводнения, засухи и температурные аномалии во всем мире. Ла-Нинья представляет собой противоположную фазу, с усиленными торговыми ветрами и более прохладными водами, доминирующими в тех же регионах. NOAA Ocean Service предлагает всеобъемлющий обзор явлений ENSO .

В Северо-Тихоокеанском серомаду также находится пресловутое «Большое тихоокеанское мусорное пятно», огромное скопление плавающего пластикового мусора, захваченного сходящихся токов. Это подчеркивает, как циркуляция гирей не только влияет на климат, но также влияет на рассеивание загрязнения и здоровье морской экосистемы, создавая проблемы для сохранения и смягчения загрязнения.

Южные Атлантические и Южно-Тихоокеанские Гиры

Южно-Атлантический и Южно-Тихоокеанский Гиры также регулируют региональные климатические модели. Южный Атлантический Гир включает в себя Бразильское течение, которое транспортирует теплые воды на юг вдоль восточного побережья Южной Америки, и Бенгельский поток, который несет более прохладные воды на север вдоль западного побережья южной Африки. Эти течения влияют на прибрежный климат, рыболовство и питательные циклы.

Аналогичным образом, Южно-Тихоокеанский поток, управляемый Восточно-Австралийским течением и Гумбольдтским течением, модулирует климат и морскую продуктивность вдоль западных побережий Австралии и Южной Америки, эти круговороты также способствуют крупномасштабным климатическим явлениям, таким как тихоокеанское десятилетнее колебание, которое влияет на осадки и температурные модели в течение многодекадных временных шкал.

Индийский океан Gyre

Гиры Индийского океана уникальны тем, что их северная граница определяется сухопутными массивами, что приводит к сильному сезонному циркуляции под влиянием муссонных ветров.В течение лета в Северном полушарии юго-западные муссонные ветры толкают поверхностные воды к азиатскому континенту, вызывая прибрежное апвеллинг вдоль Аравийского моря.Это апвеллинг обогащает воду питательными веществами, поддерживая некоторые из самых продуктивных рыбных промыслов в мире.

Диполь Индийского океана (ИОД), нерегулярное колебание температуры поверхности моря между западным и восточным Индийским океаном, модулирует эффекты круговорота. Положительные фазы ИОД увеличивают тепло в западном Индийском океане, что приводит к увеличению количества осадков над Восточной Африкой и засухе в Индонезии и Австралии. Отрицательные фазы производят противоположные воздействия. Эти колебания имеют решающее значение для региональной климатической предсказуемости и имеют далеко идущие социально-экономические последствия.

Изменение климата изменяет теплосодержание и сезонную силу ливневого потока в Индийском океане, влияя на муссонные модели, которые поддерживают миллиарды людей. Улучшенное понимание этой динамики имеет важное значение для адаптации и управления ресурсами. В Шестом оценочном докладе МГЭИК подробно описаны эти тенденции в главе 9 .

Южный океан Gyre

Южный океан Гира окружает Антарктиду и преобладает Антарктическое циркумполярное течение (ACC), самое большое непрерывное океанское течение планеты.В отличие от других субтропических круговоротов, южный круговорот океана течет беспрепятственно по суше, соединяя Атлантический, Тихий и Индийский океаны.

Этот циркумполярный ток действует как тепловой барьер, изолируя Антарктиду от более теплых океанских вод и помогая поддерживать обширные ледяные щиты континента. ACC также стимулирует энергичное перемещение глубоких, богатых углеродом вод на поверхность, облегчая газообмен и делая Южный океан основным поглотителем для антропогенного CO2.

Холодные богатые питательными веществами воды Южного океана поддерживают большие цветения фитопланктона, которые питают богатую морскую пищевую сеть и способствуют секвестрации углерода через биологический насос.Изменения силы или положения Южного океанского серы могут оказать глубокое глобальное воздействие на регулирование температуры, повышение уровня моря и сохранение морского биоразнообразия.

Влияние человека на океанические серы и последствия изменения климата

Деятельность человека все больше изменяет функцию и здоровье океанических кругов, угрожая их критически важным функциям регулирования климата.

Изменение климата и потепление океана

Глобальное потепление привело к повышению температуры океана, особенно в поверхностных водах. Это потепление усиливает термическое расслоение в круговороте, где более теплые и менее плотные поверхностные слои препятствуют вертикальному смешиванию с более холодными, богатыми питательными веществами глубокими водами. Снижение питательного апвеллинга ограничивает производительность фитопланктона, ослабляя биологический углеродный насос и уменьшая способность океана улавливать углекислый газ.

Более того, таяние полярных льдов вводит пресную воду в океан, изменяя плотность морской воды и потенциально нарушая циркуляцию круговорота.В Северной Атлантике и Южном океане эти поступления пресной воды могут ослабить глубоководное образование, угрожая стабильности крупномасштабных течений, таких как AMOC и ACC, с каскадным воздействием на глобальный климат.

Загрязнение и накопление пластика

Загрязнение, особенно пластиковый мусор, накапливается в субтропических круговоротах, где сходящиеся течения образуют большие, устойчивые зоны накопления.Большое тихоокеанское мусорное пятно — самый печально известный пример, но подобные пластиковые «мусорные пятна» существуют и в других кругах, включая Северную Атлантику и Индийский океан.

Эти концентрации пластика наносят вред морским организмам посредством проглатывания и запутывания и способствуют распространению инвазивных видов через океаны. Кроме того, пластмассы адсорбируют и транспортируют вредные химические вещества, такие как стойкие органические загрязнители (СОЗ), которые могут биоаккумулироваться в морских пищевых сетях, создавая угрозу для рыболовства и здоровья человека.

Чрезмерный вылов рыбы и разрушение экосистем

Избыточный вылов рыбы истощил популяции хищников, таких как тунец и акулы в экосистемах круговорота, нарушив трофические структуры и изменив цикл питательных веществ. Удаление ключевых видов может вызвать каскадные экологические воздействия, которые снижают первичную продуктивность и снижают эффективность процессов круговорота углерода в пределах круговорота.

Поэтому устойчивое управление рыболовством является обязательным не только для сохранения биоразнообразия, но и для поддержания роли океана в регулировании климата.

Прибрежное развитие и загрузка питательных веществ

Человеческие модификации прибрежных сред, включая строительство плотин и водоотводы, влияют на приток пресной воды и питательных веществ в прибрежные районы, подверженные влиянию круговорота.Уменьшенный поток пресной воды может ослабить градиенты плотности, которые помогают стимулировать циркуляцию круговорота вблизи берегов, в то время как избыточный сток питательных веществ из сельского хозяйства приводит к вредному цветению водорослей и гипоксическим «мертвым зонам».

Эти изменения ставят под угрозу связанную с круговоротом продуктивность и биоразнообразие морской среды, что еще больше угрожает способности океанов регулировать климат и поддерживать средства к существованию человека.

Заключение: Императив защиты океанических зерен

Основные океанические круги — это гораздо больше, чем вращающиеся течения; они являются основными двигателями глобальной климатической системы. Перераспределение тепла, формирование погодных условий, улавливание углерода и поддержание богатых морских экосистем, круги лежат в основе экологической стабильности, от которой зависят миллиарды людей.

Однако эти жизненно важные системы все больше и больше подчеркиваются изменением климата, загрязнением, чрезмерным выловом рыбы и развитием прибрежных районов. Поддержание здоровья и функций океанических кругов является не только вопросом экологического управления, но и фундаментальным климатическим императивом.

Достижения в области научного мониторинга, включая спутниковое дистанционное зондирование, автономные датчики океана и сложные модели циркуляции океана, повышают нашу способность понимать и прогнозировать изменения динамики круговорота. Устойчивые инвестиции в исследования океана и международное сотрудничество необходимы для прогнозирования изменений климата, разработки эффективных стратегий адаптации и разработки политики, которая защищает способность океанов регулировать климат планеты.

Будущее океанических круговоротов глубоко переплетается с судьбой глобального климата.Защита этих огромных, динамичных систем — одна из самых неотложных экологических проблем, стоящих перед человечеством в 21 веке.