Переворот в океанографии: Бенгальский залив ставит под сомнение вековую теорию океанических течений

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Индийский океан, колыбель муссонов и дом для богатейших морских экосистем, преподнёс учёным неожиданный сюрприз. Международная группа исследователей, объединившая планетологов и океанографов из NOAA, Индийского национального центра информационных служб по океану и Загребского университета, обнаружила в Бенгальском заливе явление, которое переворачивает устоявшиеся представления о взаимодействии ветра и океана. Их открытие ставит под сомнение теорию, которая более века служила краеугольным камнем в понимании океанической циркуляции.

Теория Экмана: вековой столп океанографии

В начале XX века, шведский учёный Вагн Вальфрид Экман, вооружившись математическим аппаратом и данными натурных наблюдений, сформулировал теорию, объясняющую влияние ветра на поверхностные слои океана. Согласно Экману, ветер, воздействуя на водную поверхность, приводит в движение не только верхний слой, но и более глубокие слои воды. При этом, из-за вращения Земли (эффект Кориолиса), потоки воды отклоняются от направления ветра: вправо в Северном полушарии и влево — в Южном. Эта теория, получившая название «спираль Экмана», стала одним из фундаментальных принципов в океанографии, позволяя предсказывать и моделировать движение водных масс, что, в свою очередь, имеет огромное значение для навигации, рыболовства, изучения климата и даже распространения загрязнений.

Течения, иллюстрация
Течения, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com
Бенгальский залив: непослушный ребёнок океана

И вот, в XXI веке, в водах Бенгальского залива, учёные столкнулись с феноменом, который явно не укладывается в рамки классической теории Экмана. Многолетние наблюдения, проведенные с помощью автоматического буя, показали, что поверхностные течения в этом районе отклоняются влево от направления ветра, хотя Бенгальский залив расположен в Северном полушарии, где, согласно Экману, отклонение должно быть вправо. Это открытие стало настоящей сенсацией в научном мире, заставив учёных пересмотреть устоявшиеся взгляды на динамику океана.

Фоновые условия в Бенгальском заливе. Оценки суточной амплитуды 6-часовой скорости ветра CCMP (м с-1) на основе данных за 2010-2019 гг. в периоды (A) декабрь-январь (DJ) и (B) июль-август (JA). Суточная амплитуда скорости ветра в каждом месяце оценивается отдельно с 2010 по 2019 год, а ее средние значения для декабря-января и июля-августа представлены в (A) и (B), соответственно. Значения суточной амплитуды значительно отличаются от нуля на 95%-ном доверительном уровне в каждой точке сетки на основе применения t-теста. Зеленый круг обозначает местоположение заякоренного буя в открытом океане (BD11), расположенного на 13,5° с.ш., 84,0° в.д. Вертикальные профили гидрографических условий у буя (C - E), показывающие среднее значение (толстая линия) и один SD (штриховка) (C) температуры (T; °C), (D) солености [S; в практической шкале солености (pss)] и (E) плотности (σθ; кг м-3), полученные из данных буя (синий) и близлежащих данных Арго (красный) в июле - августе на основе среднего значения за 6 лет (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019). Средняя глубина смешанного слоя, определенная по данным Арго, как глубина, на которой плотность увеличивается на 0,125 кг м-3 от поверхности, показана черной горизонтальной линией в (C) - (E) со штриховкой пределов неопределенности ± два SE. Эта оценка составляет 32,5 ± 4,7 м. Эквивалентная оценка по данным заякоренных буев (для наглядности не показана на графике) составляет 36,4 ± 5,8 м. Учитывая неопределенность этих оценок, они, по сути, статистически эквивалентны. Цитирование: Michael J. McPhaden et al. ,Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Фоновые условия в Бенгальском заливе. Оценки суточной амплитуды 6-часовой скорости ветра CCMP (м с-1) на основе данных за 2010-2019 гг. в периоды (A) декабрь-январь (DJ) и (B) июль-август (JA). Суточная амплитуда скорости ветра в каждом месяце оценивается отдельно с 2010 по 2019 год, а ее средние значения для декабря-января и июля-августа представлены в (A) и (B), соответственно. Значения суточной амплитуды значительно отличаются от нуля на 95%-ном доверительном уровне в каждой точке сетки на основе применения t-теста. Зеленый круг обозначает местоположение заякоренного буя в открытом океане (BD11), расположенного на 13,5° с.ш., 84,0° в.д. Вертикальные профили гидрографических условий у буя (C — E), показывающие среднее значение (толстая линия) и один SD (штриховка) (C) температуры (T; °C), (D) солености [S; в практической шкале солености (pss)] и (E) плотности (σθ; кг м-3), полученные из данных буя (синий) и близлежащих данных Арго (красный) в июле — августе на основе среднего значения за 6 лет (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019). Средняя глубина смешанного слоя, определенная по данным Арго, как глубина, на которой плотность увеличивается на 0,125 кг м-3 от поверхности, показана черной горизонтальной линией в (C) — (E) со штриховкой пределов неопределенности +- два SE. Эта оценка составляет 32,5 +- 4,7 м. Эквивалентная оценка по данным заякоренных буев (для наглядности не показана на графике) составляет 36,4 +- 5,8 м. Учитывая неопределенность этих оценок, они, по сути, статистически эквивалентны. Цитирование: Michael J. McPhaden et al., Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Автор: Michael J. McPhaden et al. Источник: www.science.org
Что же происходит в Бенгальском заливе?

Объяснение этому феномену пока не найдено. Учёные выдвигают несколько гипотез. Возможно, дело в особой географии залива, его форме и глубине, которые могут оказывать влияние на направление течений. Не исключено, что роль играют и сезонные муссоны, которые характеризуются сильными и изменчивыми ветрами. Другая гипотеза связана с влиянием пресной воды, поступающей в залив из крупных рек, таких как Ганг и Брахмапутра. Пресная вода имеет меньшую плотность, чем соленая морская вода, и это может приводить к образованию слоистой структуры водной толщи, что, в свою очередь, может влиять на характер взаимодействия ветра и течений.

Течения, отклоняющиеся влево от напряжения поверхностного ветра, вращающегося в направлении СВ.Составные почасовые полосно-фильтрованные (22,5-25. 5 часов) данных с причала BD11 в июле-августе для (A) векторов ветрового напряжения (красный; Н м-2) и векторов поверхностного течения (синий; м с-1), (B) векторов ветрового напряжения (красный; Н м-2) и интегрированных по глубине 30 м векторов течения (синий; м2 с-1), (C) CW-компоненты векторов ветрового напряжения (красный; N m-2) и интегрированная по глубине 30 м CW компонента векторов течений (синяя; m2 s-1), и (D) CW компонента векторов ветрового стресса (красная; N m-2) и теоретические интегрированные по глубине векторы течений (синяя; m2 s-1), оцененные по наблюдаемой CW компоненте ветрового стресса с использованием уравнения. 6 (Материалы и методы). Для лучшей читаемости ось y повторяется для полусуток, а векторы ветра в (A)-(D) показаны только через каждые 6 часов. Анализ проводился для каждого из 6 лет в отдельности (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019 гг.), а затем усреднялся для получения составных векторов напряженности течения и ветра в суточном диапазоне. IST - индийское стандартное время. Цитирование: Michael J. McPhaden et al. ,Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Течения, отклоняющиеся влево от напряжения поверхностного ветра, вращающегося в направлении СВ. Составные почасовые полосно-фильтрованные (22,5-25. 5 часов) данных с причала BD11 в июле-августе для (A) векторов ветрового напряжения (красный; Н м-2) и векторов поверхностного течения (синий; м с-1), (B) векторов ветрового напряжения (красный; Н м-2) и интегрированных по глубине 30 м векторов течения (синий; м2 с-1), (C) CW-компоненты векторов ветрового напряжения (красный; N m-2) и интегрированная по глубине 30 м CW компонента векторов течений (синяя; m2 s-1), и (D) CW компонента векторов ветрового стресса (красная; N m-2) и теоретические интегрированные по глубине векторы течений (синяя; m2 s-1), оцененные по наблюдаемой CW компоненте ветрового стресса с использованием уравнения. 6 (Материалы и методы). Для лучшей читаемости ось y повторяется для полусуток, а векторы ветра в (A)-(D) показаны только через каждые 6 часов. Анализ проводился для каждого из 6 лет в отдельности (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019 гг.), а затем усреднялся для получения составных векторов напряженности течения и ветра в суточном диапазоне. IST — индийское стандартное время. Цитирование: Michael J. McPhaden et al., Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Автор: Michael J. McPhaden et al. Источник: www.science.org
Вызов для климатических моделей и взгляд в будущее

Открытие аномалии в Бенгальском заливе имеет далеко идущие последствия. Во-первых, оно ставит под вопрос точность существующих климатических моделей, которые в значительной степени основаны на теории Экмана. Если эта теория не работает в одном конкретном месте, то не исключено, что существуют и другие регионы, где реальность отличается от теоретических предсказаний. Это означает, что наши представления о циркуляции океана и его роли в формировании климата могут быть неполными.

Вертикальные профили компонентов вращательного спектра по данным швартовки BD11. Профиль амплитуды вращательного спектра (× 102 м2 с-2 cph-1) для CW (черный) и CCW (синий) компонентов скорости течения с периодом 24 часа от швартовки в точке 13,5° с.ш., 84,0° в.д. в июле - августе. Зеленые звезды обозначают глубину измерения 1 м доплеровским объемным пробоотборником течений (DVS), а синие квадраты - глубину 15 м, ниже которой доступны данные акустического доплеровского профилометра течений (ADCP). Пунктирная линия показывает интерполированные значения между DVS и ADCP. Штриховка представляет собой два SE, оцененных методом бутстрепа. Спектры вращения основаны на среднем значении оценок за шесть отдельных лет (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019). Цитирование: Michael J. McPhaden et al. ,Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Вертикальные профили компонентов вращательного спектра по данным швартовки BD11. Профиль амплитуды вращательного спектра (x 102 м2 с-2 cph-1) для CW (черный) и CCW (синий) компонентов скорости течения с периодом 24 часа от швартовки в точке 13,5° с.ш., 84,0° в.д. в июле — августе. Зеленые звезды обозначают глубину измерения 1 м доплеровским объемным пробоотборником течений (DVS), а синие квадраты — глубину 15 м, ниже которой доступны данные акустического доплеровского профилометра течений (ADCP). Пунктирная линия показывает интерполированные значения между DVS и ADCP. Штриховка представляет собой два SE, оцененных методом бутстрепа. Спектры вращения основаны на среднем значении оценок за шесть отдельных лет (2011, 2013, 2014, 2017, 2018 и 2019). Цитирование: Michael J. McPhaden et al., Ekman revisited: Surface currents to the left of the winds in the Northern Hemisphere.Sci. Adv.10,eadr0282(2024).DOI:10.1126/sciadv.adr0282
Автор: Michael J. McPhaden et al. Источник: www.science.org

Во-вторых, открытие подчеркивает необходимость проведения более детальных исследований взаимодействия ветра и океана. Учёные призывают к разработке новых методов наблюдения и моделирования, которые позволят учесть влияние всех факторов, определяющих динамику океана. В частности, большие надежды возлагаются на спутниковые технологии, которые позволят получать данные о ветре и течениях в режиме реального времени и в глобальном масштабе.

Открытие в Бенгальском заливе — это еще одно напоминание о том, насколько сложен и многогранен наш мир. Океан, который, казалось бы, уже хорошо изучен, продолжает преподносить нам сюрпризы. И каждый такой сюрприз открывает новые горизонты для познания и заставляет переосмысливать устоявшиеся представления. В этом и заключается магия науки — в постоянном поиске, в готовности удивляться и в способности видеть необычное в обыденном.

1 комментарий

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Вселенная оказалась на 306 миллионов лет моложе: как комковатая структура космоса объяснила поведение темной энергии

В современной астрофизике назрел кризис, затрагивающий самые основы нашего понимания мироздания. В центре этого кризиса находится фундаментальное противоречие, которое исследователи называют...

Почему медвежатина может быть опасной даже после 45 дней в морозилке

На семейной встрече приготовили мясо медведя, которое до этого 45 дней лежало в морозилке. Казалось бы, времени достаточно. Но вскоре у шести участников обнаружили трихинеллёз. Двое из них...

Белки возрастом 160 млн лет уничтожают современные супербактерии: как одна ошибка создала природный антибиотик

В организме млекопитающих защиту от инфекций обеспечивают сотни различных соединений. Одно из самых распространенных среди них — белок лактоферрин. Он присутствует в материнском молоке,...

В дикой природе стали появляться гибриды белого и бурого медведей. Как это вообще стало возможным

Белый и бурый медведи обитают в разных условиях и заметно отличаются внешне и образом жизни. Тем удивительнее, что в природе встречаются их гибриды, унаследовавшие признаки обоих родителей. Но как...

Музыкальный центр Sony MHC-RX50: один из самых узнаваемых в 1997 году

Минисистема MHC-RX50 появилась на пике популярности музыкальных центров. Она вошла в число самых узнаваемых и популярных моделей среднего класса своей эпохи, наряду с Panasonic SC-AK40, Aiwa...

Ученые показали лицо первого представителя нашего вида: как выглядел Homo sapiens 300 тысяч лет назад

Около 315 тысяч лет назад на севере Африки жили люди, которых сегодня считают древнейшими известными представителями Homo sapiens. Международная группа исследователей восстановила внешность одного...