Поток воздушно-морской диффузии является основным источником полихлорированных бифенилов (ПХБ) в открытом океане. Океанический биологический насос, адвекция течений и вихревая диффузия влияют на распределение ПХБ на поверхности океана и, таким образом, влияют на диффузионный поток воздух-море.
Биологический насос означает поглощение растворенных в морской воде ПХД фитопланктоном и последующий перенос в глубины океана тонущими частицами. Океанское течение приносит воду с различной концентрацией ПХБ из удаленного района и, следовательно, изменяет локальную концентрацию ПХБ; Вихревая диффузия уменьшает пространственный градиент концентрации ПХБ.
Западные пограничные течения шириной 100–200 км протекают близко к суше. Из-за близкого расстояния до суши высокие выбросы над сушей приводят к высокой концентрации ПХБ в газах над этими западными пограничными течениями. Следовательно, эти потоки могут иметь высокую концентрацию растворенных ПХБ и постепенно выбрасывать ПХБ в воздух, поскольку они текут далеко от земли. Следовательно, эти западные пограничные течения могут играть важную роль в глобальном обмене ПХБ между воздухом и морем.
В этой новой работе, опубликованной в журнале Environmental Science & Technology , для северо-западной части Тихого океана (СЗТО) была разработана трехмерная модель, связанная с гидродинамикой, экосистемой и ПХБ, для моделирования переноса и биологических процессов четырех конгенеров ПХД.
В этой модели использовалась гидродинамическая модель высокого разрешения (1/12°) для воспроизведения реалистичного западного пограничного течения; модуль экосистемы с полной связью использовался для представления эффекта биологического насоса на ПХД; результаты атмосферной модели ПХБ использовались в качестве граничного условия на поверхности для анализа пространственных и временных изменений концентрации ПХБ в океане.
Модель выявила тонкую структуру воздушно-морских потоков, чувствительную к присутствию океанских течений, особенно Куросио. Интенсивные нисходящие и восходящие диффузионные потоки можно обнаружить в районе Куросио к югу от Японии и в расширении Куросио к востоку от Японии, соответственно. Эксперименты по чувствительности показали, что для достижения равновесия концентрации растворенных ПХБ на поверхности в сценариях, где рассматривается только обмен воздух-море, требуется ~4 дня в районе сильного течения на западной границе и 1-3 дня в районе слабого течения.
С другой стороны, время установления равновесия концентрации растворенных ПХБ на поверхности становится ~1 день в области сильного западного пограничного течения и 3~12 дней в районе слабого течения в сценарии, где рассматривается только адвекция океана. Таким образом, концентрация растворенных ПХБ на поверхности в регионах со слабым течением в основном контролируется обменом воздух-море, потому что обмен воздух-море имеет более короткое время равновесия, чем адвекция океана.
По той же причине концентрация растворенных ПХБ на поверхности в районе западного пограничного течения в основном контролируется адвекцией океана, что указывает на то, что растворенные ПХБ вверх по течению, переносимые Куросио, могут легко изменять концентрацию растворенных веществ вниз по течению, нарушая равновесие с исходным воздухом. морской обмен и вызвать новый поток воздух-море.
Текущие глобальные симуляции судьбы ПХБ в основном основаны на мультимедийных моделях, океаническая часть которых упрощена до блочной модели, которая игнорирует прямое влияние адвекции океанских течений на ПХД, а эти глобальные модели с горизонтальным разрешением ~100 км слишком грубы, чтобы воспроизвести реалистичные западные пограничные течения.
Таким образом, влияние западных пограничных течений на концентрации ПХД не было полностью учтено при моделировании ПХБ в глобальном океане. Одним из важных следствий является то, что влияние западных пограничных течений на диффузионный поток ПХБ из воздуха в море следует учитывать при атмосферном моделировании глобального распределения и судьбы ПХБ.
