Антарктическое циркумполярное течение

Антарктическое циркумполярное течение с ветвями, соединяющимися с более крупной термохалинной циркуляцией.

Анимация термохалинной циркуляции. Последняя часть этой анимации показывает Антарктическое циркумполярное течение.

Антарктическое циркумполярное течение ( АНТ ) — океанское течение , которое течет по часовой стрелке (если смотреть со стороны Южного полюса) с запада на восток вокруг Антарктиды . Альтернативное название АКК — « Дрейф западного ветра» . АКТ является доминирующим элементом циркуляции Южного океана и имеет средний перенос, оцениваемый в 100–150 свердрупов (Зв, млн м ³ /с), или, возможно, даже выше, что делает его крупнейшим океанским течением. Течение является циркумполярным из-за отсутствия какого-либо участка суши, соединяющегося с Антарктидой, и это удерживает теплые океанские воды от Антарктиды, позволяя этому континенту сохранять свой огромный ледяной покров .

С Циркумполярным течением связана Антарктическая конвергенция , где холодные воды Антарктики встречаются с более теплыми водами субантарктики , создавая зону апвеллинга питательных веществ. Они питают высокие уровни фитопланктона с соответствующими веслоногими раками и крилем , а в результате формируются пищевые цепи, поддерживающие рыбу, китов, тюленей , пингвинов, альбатросов и множество других видов .

ACC известен морякам на протяжении веков; оно значительно ускоряет любое путешествие с запада на восток, но чрезвычайно затрудняет плавание с востока на запад, хотя это происходит главным образом из-за господствующих западных ветров . Рассказ Джека Лондона «Сделай Вестинг» и обстоятельства, предшествовавшие мятежу на « Баунти», ярко иллюстрируют трудности, которые он вызвал у моряков, стремившихся обойти мыс Горн в западном направлении по маршруту клипера из Нью-Йорка в Калифорнию. на восток Маршрут клипера , который является самым быстрым парусным маршрутом в мире, следует по ACC вокруг трех континентальных мысов — мыса Игольный (Африка), Юго-восточного мыса (Австралия) и мыса Горн (Южная Америка).

Течение создает круговороты Росса и Уэдделла .

Структура

Антарктическое циркумполярное течение — самая сильная система течений в мировом океане и единственное океанское течение, связывающее все основные океаны: Атлантический, Индийский и Тихий океаны. Фронты плотности морской воды по Орси, Уитворту и Ноулину, 1995 г.

АКК соединяет Атлантический , Тихий и Индийский океаны и служит основным путем обмена между ними. Течение сильно ограничено формой рельефа и батиметрическими особенностями. Если проследить его начало произвольно в Южной Америке, то можно сказать, что оно протекает через пролив Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом , а затем на востоке разделяется дугой Скотия , с мелкой теплой ветвью, текущей на север в Фолклендском течении , и более глубокой ветвь, проходящая через Дугу дальше на восток, а затем также поворачивающая на север. Проходя через Индийский океан, течение сначала отражает течение Агульяс, образуя Возвратное течение Агульяс, прежде чем оно разделится плато Кергелен , а затем снова движется на север. Отклонение также наблюдается при прохождении срединно-океанического хребта в юго-восточной части Тихого океана.

Фронты

Течение сопровождается тремя фронтами : Субантарктическим фронтом (САФ), Полярным фронтом (ПФ) и Южным фронтом АКТ (ЮАКК). Кроме того, воды Южного океана отделены от более теплых и соленых субтропических вод субтропическим фронтом (СТФ).

Северная граница АКК определяется северной границей ЮВС, причем это самая северная вода, проходящая через пролив Дрейка и, следовательно, являющаяся циркумполярной. Большая часть переноса АКТ осуществляется на этом фронте, который определяется как широта, на которой впервые появляется минимум подземной солености или толстый слой нестратифицированной воды субантарктического режима , что допускается стратификацией плотности с преобладанием температуры. Еще южнее лежит ПФ, для которого характерен переход к очень холодным и относительно пресным поверхностным водам Антарктики на поверхности. Здесь температурный минимум допускается из-за преобладающей стратификации плотности солености из-за более низких температур. Еще южнее находится ЮАКК, который определяется как самая южная часть циркумполярных глубоких вод (температура около 2 ° C на высоте 400 м). Эта водная масса течет вдоль шельфа западной части Антарктического полуострова и, таким образом, отмечает самую южную воду, протекающую через пролив Дрейка и, следовательно, циркумполярную. Основная часть транспорта перевозится по средним двум фронтам.

Общий перенос ACC в проливе Дрейка оценивается примерно в 135 Зв, что примерно в 135 раз превышает перенос всех рек мира вместе взятых. В Индийском океане наблюдается относительно небольшое увеличение потока: перенос к югу от Тасмании достигает около 147 Зв, и в этот момент течение, вероятно, является самым сильным на планете.

Динамика

Циркумполярное течение вызывается сильными западными ветрами в широтах Южного океана.

АКК (красный кружок в середине изображения) по отношению к глобальной термохалинной циркуляции (анимация)

В широтах, где есть континенты, ветры, дующие на легкие поверхностные воды, могут просто накапливать легкую воду у этих континентов. Но в Южном океане импульс, переданный поверхностным водам, не может быть компенсирован таким образом. Существуют разные теории о том, как циркумполярное течение уравновешивает импульс, передаваемый ветрами. Увеличивающийся импульс на восток, передаваемый ветрами, заставляет частицы воды дрейфовать наружу от оси вращения Земли (другими словами, на север) в результате действия силы Кориолиса . Этот перенос Экмана на север уравновешивается направленным на юг потоком под давлением под глубинами основных систем хребтов. Некоторые теории связывают эти потоки напрямую, предполагая, что в Южном океане происходит значительный апвеллинг плотных глубинных вод, трансформация этих вод в легкие поверхностные воды и трансформация вод в направлении, противоположном северу. Такие теории связывают величину циркумполярного течения с глобальными изменениями. Термохалинная циркуляция , особенности Северной Атлантики.

Альтернативно, океанские вихри , океанический эквивалент атмосферных штормов, или крупномасштабные извилины циркумполярного течения могут напрямую передавать импульс вниз в толще воды. Это связано с тем, что такие потоки могут создавать чистый поток на юг во впадинах и чистый поток на север через хребты, не требуя какого-либо преобразования плотности. На практике, вероятно, будут важны как термохалинный, так и вихревой/меандровый механизмы.

Течение течет со скоростью около 4 км/ч (2,5 миль в час) над хребтом Маккуори к югу от Новой Зеландии. ACC меняется со временем. Свидетельством этого является Антарктическая циркумполярная волна — периодическое колебание, влияющее на климат большей части южного полушария. Существует также антарктическое колебание , которое включает в себя изменения местоположения и силы антарктических ветров. Было высказано предположение, что тенденции антарктического колебания объясняют увеличение переноса циркумполярного течения за последние два десятилетия.

Формирование

Опубликованные оценки начала Антарктического циркумполярного течения различаются, но обычно считается, что оно началось на границе эоцена и олигоцена . Изоляция Антарктиды и образование АКК произошли с открытием Тасманского пролива и пролива Дрейка . Тасманский морской путь разделяет Восточную Антарктиду и Австралию и, как сообщается, открылся для циркуляции воды 33,5 миллиона лет назад (млн лет назад). Время открытия пролива Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом является более спорным; тектонические и осадочные данные показывают, что он мог быть открыт еще до 34 млн лет назад, оценки открытия прохода Дрейка составляют от 20 до 40 млн лет назад. Изоляция Антарктиды течением многими исследователями считается причиной оледенения Антарктиды и глобального похолодания в эпоху эоцена . Океанические модели показали, что открытие этих двух проходов ограничило конвергенцию полярного тепла и вызвало понижение температуры поверхности моря на несколько градусов; другие модели показали, что уровни CO ₂ также сыграли значительную роль в оледенении Антарктиды.

Фитопланктон

Фолклендское течение переносит богатые питательными веществами холодные воды от АКТ на север к месту слияния Бразилии и Мальвинских островов . Концентрация хлорофилла в фитопланктоне показана синим (более низкие концентрации) и желтым (более высокие концентрации).

Циклы морского льда в Антарктике носят сезонный характер: в феврале – марте количество морского льда наименьшее, а в августе – сентябре морской лед достигает наибольшей площади. Уровень льда отслеживается с помощью спутника с 1973 года. Подъем глубоких вод подо льдом приносит значительное количество питательных веществ. По мере таяния льда талая вода обеспечивает стабильность, а критическая глубина значительно ниже глубины смешивания, что обеспечивает положительную чистую первичную продукцию . По мере отступления морского льда в первой фазе цветения доминируют эпонтические водоросли, а за таянием льда на юге следует сильное цветение, в котором преобладают диатомовые водоросли.

Еще одно цветение фитопланктона происходит севернее, вблизи антарктической конвергенции , здесь присутствуют питательные вещества из термохалинной циркуляции . В цветении фитопланктона преобладают диатомовые водоросли, и в открытом океане его поедают веслоногие ракообразные, а ближе к континенту — криль. Производство диатомовых водорослей продолжается в течение всего лета, а популяции криля поддерживаются, что приводит к появлению в этом районе большого количества китообразных , головоногих моллюсков , тюленей, птиц и рыбы.

Считается, что цветение фитопланктона ограничено освещенностью весной в южном полушарии и биологически доступным железом летом. Большая часть биологического мира в этом районе происходит вдоль основных фронтов течения: Субтропического, Субантарктического и Антарктического полярных фронтов. Это районы, связанные с четко выраженными изменениями температуры. Размер и распределение фитопланктона также связаны с фронтами. Микрофитопланктон (>20 мкм) встречается на фронтах и ​​границах морского льда, а нанофитопланктон (<20 мкм) - между фронтами.

Исследования запасов фитопланктона в южном море показали, что в Антарктическом циркумполярном течении преобладают диатомовые водоросли, а в море Уэдделла обильны кокколитофориды и силикофлагелляты. Исследования юго-западной части Индийского океана показали вариацию групп фитопланктона в зависимости от их местоположения относительно полярного фронта: диатомеи к югу от фронта доминируют динофлагелляты и жгутиконосцы . , а к северу от фронта —

Были проведены некоторые исследования антарктического фитопланктона как поглотителя углерода . Области открытой воды, оставшиеся после таяния льда, являются хорошими местами для цветения фитопланктона. Фитопланктон забирает углерод из атмосферы в процессе фотосинтеза. Когда цветы умирают и тонут, углерод может храниться в отложениях в течение тысяч лет. По оценкам, этот природный поглотитель углерода ежегодно удаляет из океана 3,5 миллиона тонн. 3,5 миллиона тонн углерода, взятого из океана и атмосферы, эквивалентны 12,8 миллионам тонн углекислого газа.

Исследования

Экспедиция 19 ученых в мае 2008 г. изучил геологию и биологию восьми морских гор на хребте Маккуори , а также Антарктическое циркумполярное течение для изучения последствий изменения климата Южного океана. Циркумполярное течение объединяет воды Атлантического, Индийского и Тихого океанов и несет в себе до 150 раз больший объем воды, впадающей во все реки мира. Исследование показало, что любой ущерб холодноводным кораллам, питаемым течением, будет иметь долгосрочный эффект. После изучения циркумполярного течения стало ясно, что оно сильно влияет на региональный и глобальный климат, а также на подводное биоразнообразие. Недавно объект был охарактеризован как «спектральный пик глобальной внетропической циркуляции на высоте ≈ 10^4 километров».

Течение помогает сохранить затонувшие деревянные корабли, не позволяя «корабельным червям » достичь таких целей, как Эрнеста Шеклтона корабль « Эндьюранс ».

Ссылки

Источники

• Баркер, П.Ф.; Филиппелли, генеральный менеджер; Флориндо, Ф.; Мартин, Э.Э.; Шер, HD (2007). «Возникновение и роль антарктического циркумполярного течения» (PDF) . Глубоководные исследования. Часть II . 54 (21): 2388–2398. Бибкод : 2007DSRII..54.2388B . дои : 10.1016/j.dsr2.2007.07.028 .
• Коннолли, WM (2002). «Долгосрочное изменение антарктической циркумполярной волны». Журнал геофизических исследований . 107 (C4): 8076. Бибкод : 2002JGRC..107.8076C . CiteSeerX   10.1.1.693.4116 . дои : 10.1029/2000JC000380 .
• Гертс, Б. (1998). «Морской лед Антарктики: сезонные и долгосрочные изменения» . Кафедра атмосферных наук Университета Вайоминга . Проверено 29 декабря 2016 г.
• Гловер, АГ; Виклунд, Х.; Табоада, С.; Авила, К.; Кристобо, Дж.; Смит, ЧР; Кемп, КМ; Джеймисон, Эй Джей; Дальгрен, Т.Г. (2013). «Черви, питающиеся костями из Антарктики: контрастирующая судьба китов и древесных останков на морском дне Южного океана» . Труды Королевского общества Б. 280 (1768): 20131390. doi : 10.1098/rspb.2013.1390 . ПМЦ   3757972 . ПМИД   23945684 .
  • Амос, Джонатан (14 августа 2013 г.). «Антарктика: Где процветают «зомби» и сохраняются затонувшие корабли» . Новости Би-би-си .
• Хассольд, Нью-Джерси; Ри, ДК; Плюйм, бакалавр ван дер; Парес, ЖМ (2009). «Физические данные об Антарктическом циркумполярном течении: от позднего миоцена до недавнего замедления глубинной циркуляции» (PDF) . Палеогеография, Палеоклиматология, Палеоэкология . 275 (1–4): 28–36. Бибкод : 2009PPP...275...28H . дои : 10.1016/j.palaeo.2009.01.011 . {{cite journal}}: CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
• Нокс, Джорджия (2007). Биология Южного океана . Серия CRC по морской биологии. ЦРК Пресс. ISBN  9780849333941 .
• Лондон, Джек (1907). «Сделать Вестинг» . Литературный сборник. Архивировано из оригинала 27 января 2013 года . Проверено 29 декабря 2016 г.
• Миллер, CB (2004). Биологическая океанография . Издательство Блэквелл. ISBN  9780632055364 .
• О'Хара, ТД; Роуден, А.А.; Уильямс, А. (2008). «Места обитания холодноводных кораллов на подводных горах: есть ли у них специализированная фауна?» . Разнообразие и распространение . 14 (6): 925–934. дои : 10.1111/j.1472-4642.2008.00495.x . S2CID   86154159 .
• Орси, АХ; Уитворт, Т.; Ноулин, В.Д. младший (1995). «О меридиональной протяженности и фронтах Антарктического циркумполярного течения» (PDF) . Глубоководные исследования . 42 (5): 641–673. Бибкод : 1995DSRI...42..641O . дои : 10.1016/0967-0637(95)00021-W .
• Пек, Л.С.; Барнс, DKA; Кук, Эй Джей; Флеминг, А.Х.; Кларк, А. (2010). «Отрицательная обратная связь на морозе: отступление льдов приводит к появлению новых поглотителей углерода в Антарктиде» . Биология глобальных изменений . 16 (9): 2614–2623. Бибкод : 2010GCBio..16.2614P . дои : 10.1111/j.1365-2486.2009.02071.x . S2CID   85748895 . Проверено 29 декабря 2016 г.
  • «Отступление ледника Антарктиды создает новые хранилища углекислого газа и оказывает благотворное влияние на изменение климата» . ScienceDaily (пресс-релиз). 10 ноября 2009 г.
• Пелокин, Дж.А.; Смит, В. О. младший (2007). «Цветение фитопланктона в море Росса, Антарктида: межгодовая изменчивость величины, временных закономерностей и состава» (PDF) . Журнал геофизических исследований: Океаны . 112 (C08013): C08013. Бибкод : 2007JGRC..112.8013P . дои : 10.1029/2006JC003816 .
• Ринтул, СР; Хьюз, К.; Ольберс, Д. (2001). «Система антарктического циркумполярного течения» (PDF) . В Зидлере, Г.; Черч, Дж.; Гулд, Дж. (ред.). Циркуляция океана и климат . Нью-Йорк: Академическая пресса. hdl : 10013/epic.13233 . ISBN  0-12-641351-7 .
• Зигерт, MJ; Барретт, П.; Деконто, РМ; Данбар, Р.; Кофей, Колорадо; Пасшер, С.; Нэйш, Т. (2008). «Последние достижения в понимании эволюции климата Антарктики» . Антарктическая наука . 20 (4): 313–325. Бибкод : 2008AntSc..20..313S . CiteSeerX   10.1.1.210.9532 . дои : 10.1017/S0954102008000941 . S2CID   18274113 .
• Смит, Р.; Десфло, М.; Уайт, С.; Мариано, AJ; Райан, Э.Х. (2013). «Антарктическое циркумполярное течение» . Школа морских и атмосферных наук Розенстиля . Проверено 29 декабря 2016 г.
• Стюарт, Р.Х. (2007). «Глубокая циркуляция в океане: антарктическое циркумполярное течение» . Кафедра океанографии Техасского университета A&M. Архивировано из оригинала 13 июля 2012 года . Проверено 29 декабря 2016 г.
• Стотт, Л.Д. (2011). «Океанские течения и климат» . Департамент наук о Земле Университета Южной Калифорнии . Проверено 29 декабря 2016 г.