В океане впервые обнаружили двойные вихри

Ученые впервые обнаружили в океане необычные структуры (модоны), состоящие из двух противонаправленных вихревых течений. Такие образования могут переносить воду на расстояние вплоть до тысячи километров со скоростью, которая примерно в десять раз выше, чем другие механизмы перемещения воды в океане. Модоны были обнаружены в Южном океане, пишут ученые в статье в Geophysical Research Letters.

Перемещение воды в верхних слоях океанов в умеренных широтах обычно происходят со скоростью порядка одного — двух сантиметров в секунду. Именно с такой скоростью распространяются волны Россби, бегущие вдоль границы между теплым верхним слоем океана и более глубокими холодными слоями. Из-за того, что океанские течения петляют, в результате меандрирования от них могут отрываться отдельные вихри, которые потом продолжают самостоятельное движение. Теоретические оценки и численное моделирование предсказывают и возможное образование в океанских приповерхностных течениях модонов — систем из двух противонаправленных вихрей, которые двигаются парой и со значительно большей скоростью, чем отдельные вихри и волны Россби. Однако в реальности такие структуры до настоящего дня обнаружить не удавалось.

Океанологи из Ливерпульского университета Крис Хьюз (Chris W. Hughes) и Питер Миллер (Peter I. Miller) впервые обнаружили модоны при анализе информации о перемешивании океанской воды в морях и океанах Земли с 1993 по 2016 годы. Для этого ученые использовали данные нескольких спутниковых высотомеров, исходя из которых были построены карты геострофических течений и получены видео с изменением скорости потоков. Из-за того, что модоны имеют довольно небольшие размеры и высокую скорость, их сложно обнаружить на отдельных статичных изображениях, тем не менее их необычная парная природа хорошо заметна именно на видео.

В результате анализа видео ученым удалось четко увидеть всего девять модонов (восемь пар вихрей вокруг Австралии и один — в районе южного побережья Африки), и множество похожих короткоживущих структур. Похожие на модоны парные структуры также наблюдались в Тихом океане вблизи Аляски и в Индийском океане около Мадагаскара, однако взаимодействия между вихрями в них были довольно слабыми, чтобы образовалась устойчивая структура.

Наиболее ярко выраженные настоящие модоны были обнаружены в Тасмановом море и перемещались от берегов южного побережья Австралии в сторону Новой Зеландии. Типичный размер вихря внутри одного модона составил около 100 километров. Такие структуры могут существовать в течение примерно 6 месяцев и переносить воду на расстояния около тысячи километров. При этом скорость переноса воды с модонами составляет от 10 до 20 сантиметров в секунду, что более, чем в десять раз больше обычных скоростей, характерных для волн Россби.

Авторы работы утверждают, что обнаружение таких двойных вихревых структур подтверждают теоретические модели, которые используются для моделирования океанских течений. Это поможет в будущем точнее предсказывать пути переноса питательных веществ и углеродных соединений океанской водой. Ученые надеются что с повышением точности измерительных спутниковых приборов удастся полнее описать механизм образования и динамику таких систем.

Перемешивание и транспорт воды в океане происходит не только в приповерхностном слое, но и за счет придонных потоков. Поэтому очень сильное влияние на него оказывает рельеф океанского дна. Именно столкновение потоков с вертикальными участками антарктического дна помогает перемешать воду в Южном океане. Иногда более масштабные неровности дна мирового океана приводят к неожиданным эффектам. Например, из-за особенностей циркуляции воды в Тихом и Индийском океане существует вода, которая не перемешивается с другими потоками и уже более тысячи лет не покидала океан.

Александр Дубов