Впрыск пузырей от волн, разбивающихся в турбулентных и холодных высокоширотных районах открытого моря, является недооцененным способом переноса атмосферных газов во внутренние районы океана. Улучшение механистического понимания газообмена в высоких широтах важно по нескольким причинам, в том числе для лучшего ограничения климатических моделей, которые используются для прогнозирования изменений в запасах ключевых газов, таких как кислород и углекислый газ, в океане.

Новое исследование под руководством WHOI «Растворенные газы в глубоких слоях Северной Атлантики отслеживают процессы вентиляции океана», опубликованное на этой неделе в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences , сочетает в себе новые геохимические индикаторы и модели циркуляции океана для изучения физики, благодаря которой атмосферные газы попадают в океан. в глубокий океан.

В исследовании используется новая методика для точного измерения изотопов инертных газов, растворенных в образцах морской воды, собранных на глубине до 4,5 км в Северной Атлантике. Благородные газы — элементы в крайней правой части периодической таблицы — не вступают в реакцию и не используются биологией, что делает их полезными индикаторами в физике.

Благородные газы не добавляются и не удаляются из воды после обмена с атмосферой на поверхности моря. В результате измерение растворенных инертных газов в глубинах Северной Атлантики у берегов Бермудских островов дает ученым информацию о физике газообмена, происходящего в особых регионах, таких как море Ирмингера, где поверхностный океан становится достаточно плотным в штормовых зимних условиях, чтобы опускаться и опускаться. образуют глубокие воды, которые медленно текут на юг.

Алан Зельцер, ведущий автор статьи, сказал, что эти новые данные свидетельствуют о том, что растворение пузырьков в океане в высоких широтах «может быть основным путем, по которому все благородные газы, кислород и азот попадают в океан». «Это исследование является шагом вперед к пониманию основных физических принципов, по которым газы попадают в океан», — сказал Зельцер, научный сотрудник отдела морской химии и геохимии Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI).

«Все, что мы можем сделать для повышения точности того, как модели представляют наш мир, полезно, особенно когда это связано с газами», — сказал он. «Мы заботимся о кислороде для глобальных экосистем, и мы заботимся о CO ₂ , потому что океан играет важную роль в поглощении наших выбросов. Поэтому, если мы сможем улучшить способ представления моделей физических процессов, таких как газообмен, мы можем быть более уверены в будущие симуляции с помощью моделей как способ предсказать, как все изменится в более теплом мире с большим количеством CO₂ ».

«Понимание того, как океан поглощает газы и выделяет их в атмосферу, является сложным, но критически важным шагом на пути к прогнозированию их реакции на изменение климата. Будучи химически и биологически инертными, инертные газы являются мощными инструментами для исследования вовлеченных физических процессов», — говорится в журнальной статье . соавтор Уильям Дженкинс, заслуженный научный сотрудник Департамента морской химии и геохимии WHOI.

«Работа Зельцера и др. является важным шагом вперед в этом путешествии, поскольку она сочетает в себе новые высокоточные измерения концентрации инертных газов и соотношения изотопов, которые являются ключом к пониманию этих жизненно важных процессов. Их результаты также проливают свет на океанические круговорот азота, который важен как для решения проблем изменения климата, так и для нашего фундаментального понимания того, как поддерживается пищевая сеть океана».

Измерения для исследования взяты с участка Bermuda Atlantic Time Series (BATS) (31°40 с.ш., 64°10 з.д.), где с 1988 года повторяющиеся круизы исследовали океан сверху донизу почти ежемесячно. Участок BATS — идеальное место. для отбора проб, так как он расположен ниже по течению от глубоководных районов формирования.

Концентрации инертных газов в глубине океана на площадке BATS позволяют ученым изучать газообмен в зимнее время, когда глубина океана формируется по мере того, как поверхностные воды остывают и становятся более плотными. В этих суровых условиях прямые наблюдения сложны и редки, поэтому измерения в глубинах океана в более теплых и южных местах так ценны.

Зельцер сказал, что способ понять, почему пузыри играют такую ​​огромную роль в переносе инертных газов, кислорода и азота в глубины океана, состоит в том, чтобы понять, что «каждый раз, когда волна разбивается, это значительно увеличивает доступную площадь поверхности для обмена газами между атмосфера и океан».

«Обмен углекислым газом и другими парниковыми газами между глубинами океана — примерно 75% от общего объема океана — и атмосферой происходит в высоких широтах зимой, особенно во время штормов. Измерения концентраций инертных инертных газов в глубинах Северной Атлантики Океан задокументировал важность больших пузырей, которые образуются во время ветреных штормов, что значительно расширило наше понимание скорости газообмена на глубине», — сказал соавтор Уильям Смети, научный сотрудник и бывший профессор Земной обсерватории Ламонта-Доэрти Колумбийского университета.

«Это улучшает нашу способность количественно оценивать обмен углекислым газом и парниковыми газами между океаном и атмосферой и предсказывать, как их концентрация в атмосфере повлияет на климат Земли, что имеет решающее значение для разработки политики по смягчению последствий глобального потепления».