Океаническая опрокидывающая циркуляция и глубинная циркуляция

В нескольких полярных регионах поверхностные воды становятся достаточно холодными и солеными, чтобы опускаться на километровые глубины, запуская медленную глобальную опрокидывающую циркуляцию, которая вентилирует абиссальные слои и формирует климат на протяжении столетий.

Definition

Опрокидывающая циркуляция — это глубинное, плотностно-обусловленное (термохалинное) течение, при котором поверхностные воды опускаются в полярных регионах, распространяются по глубоководному океану и медленно возвращаются на поверхность, вентилируя и связывая глобальный океан.

Scope

Эта тема охватывает образование глубинных и придонных вод в полярных морях, структуру и перенос меридиональной опрокидывающей циркуляции, распределение и трассирование водных масс, роль перемешивания в замыкании опрокидывающей циркуляции и возможность существования нескольких стабильных состояний циркуляции.

Core questions

• Где и как образуются глубинные и придонные воды, и что определяет их свойства?
• Какова структура и интенсивность меридиональной опрокидывающей циркуляции?
• Как водные массы распространяются и перемешиваются, чтобы замкнуть цикл опрокидывающей циркуляции?
• Может ли опрокидывающая циркуляция иметь более одного стабильного состояния и резко меняться?

Key theories

Термохалинная опрокидывающая циркуляция и образование водных масс

Охлаждение и осолонение в высоких широтах делают поверхностные воды достаточно плотными для погружения, образуя глубинные водные массы, которые распространяются вдоль поверхностей равной плотности и определяют глубинную циркуляцию.

Множественные равновесия опрокидывающей циркуляции

Стоммель показал, что конкурирующие эффекты температуры и солености на плотность могут приводить к существованию более чем одного стабильного состояния опрокидывающей циркуляции, что повышает вероятность резких переходов в истории климата.

Mechanisms

В Северной Атлантике и вокруг Антарктиды интенсивное охлаждение и отторжение рассола во время образования льда увеличивают плотность поверхностных вод до такой степени, что они опускаются, образуя глубинные и придонные воды; эти воды распространяются по абиссальным слоям и постепенно поднимаются вверх за счет перемешивания и ветрового апвеллинга, завершая глобальную опрокидывающую циркуляцию, которая занимает примерно тысячу лет.

Clinical relevance

Опрокидывающая циркуляция переносит тепло, которое согревает региональные климаты, вентилирует глубоководный океан кислородом и поглощает углерод; опасения, что потепление и опреснение могут ослабить ее, сделали атлантическую опрокидывающую циркуляцию объектом климатического мониторинга и исследований резких изменений.

History

Анализ водных масс океанографами начала XX века позволил картировать глубинную циркуляцию; модель Стоммеля 1961 года выявила ее множественные равновесия, а синтез Брокера о «конвейерной ленте» связал глубинную циркуляцию с резкими изменениями климата, зафиксированными во льдах и отложениях, что стимулировало постоянные наблюдения за опрокидывающей циркуляцией.

Key figures

• Henry Stommel
• Wallace Broecker
• Carl Wunsch

Seminal works

• talley2011
• stommel1961

Frequently asked questions

Как долго глубинная вода остается под поверхностью?

Вода, опустившаяся в глубоководный океан, может оставаться там от нескольких столетий до примерно тысячи лет, прежде чем перемешивание и апвеллинг вернут ее на поверхность, что делает глубинную циркуляцию очень медленной.

Может ли атлантическая опрокидывающая циркуляция разрушиться?

Модели и прошлые данные показывают, что опрокидывающая циркуляция может ослабнуть или перейти между состояниями, если поверхностные воды станут слишком теплыми или пресными для погружения; вопрос о том, произойдет ли это и как быстро, является активной областью исследований.