Исследователи из Университета Торонто определили механизм, ответственный за формирование «лестниц» температуры и солености в Северном Ледовитом океане, разрешив загадку, которая более полувека ставила в тупик океанографов и климатологов.

Понимание того, как работают эти вертикальные структуры, обещает пролить больше света на причины и последствия быстрой потери арктического морского льда в условиях изменения климата.

«Наше открытие нового механизма гидродинамической нестабильности дает представление о формировании лестничных структур в результате смешивания теплой соленой воды и более прохладной пресной воды», — сказал Ючен Ма, доктор философии. кандидат кафедры физики факультета искусств и наук и ведущий автор исследования, опубликованного в журнале Physical Review Fluids с описанием полученных результатов.

«Эти структуры впервые наблюдались в конце 1960-х годов, но механизм их существования так и не был объяснен».

Эти ступенчатые изменения температуры и концентрации солей , известные как термохалинные лестницы, распространены в самых разных регионах мирового океана.

Выводы, опубликованные в Physical Review Fluids , которые вызвали значительный положительный отклик исследовательского сообщества, полностью подтверждают предыдущий анализ, проведенный теми же авторами, опубликованный в Journal of Fluid Mechanics в 2020 году, в котором задокументировано существование этой новой гидродинамической нестабильности. Проверка была выполнена путем разработки серии прямых численных симуляций турбулентности в Северном Ледовитом океане, чтобы лучше понять глобальную циркуляцию океана.

«Океан обычно считается очень хаотичной и турбулентной средой, поэтому поразительно видеть в нем такие четко определенные слои соли и тепла», — говорит Ма.

Поток тепла из океана в лежащий выше морской лед сильно усиливается наличием термохалинных лестниц. Таким образом, понимание процесса формирования лестницы в полярных океанах важно для разработки будущих прогнозов глобального потепления и обоснования усилий по смягчению последствий потери морского льда.

«В эту эпоху глобального потепления общепризнанным фактом является то, что потеря морского ледяного покрова Северного Ледовитого океана является критическим аспектом этого глобального процесса», — сказал профессор университета В. Ричард Пельтье с кафедры физики, который является соавтор исследований и доктор философии Ма. руководитель.

«Хотя степень, в которой формирование лестницы способствует этой потере, еще предстоит определить количественно, мы можем с уверенностью сказать, что океанический компонент климатических моделей, используемых для прогнозирования процесса глобального потепления, не может объяснить процесс формирования лестницы.»

Исследование основано на предыдущей работе, которая была сосредоточена на понимании глобальной циркуляции океана в условиях ледникового периода от 30 000 до 70 000 лет назад.

В ранее разработанной модели ледникового климата было показано, что быстрые переходы от холодной к теплой погоде вызваны обширной «дырой» в морском ледовом покрове Северной Атлантики, образовавшейся в результате оттока тепла из океана в морской лед. . Величина этого теплового потока определялась предположением, что внизу в океане образовалась лестница.