В 2006 году ученые, используя спутниковые снимки, наблюдали вытянутую массу теплой воды из кольца теплого ядра Гольфстрима, вторгающуюся вдоль края шельфа, простирающуюся на сотни миль от Массачусетса в направлении мыса Хаттерас, Северная Каролина.«Многие люди были удивлены этим», — сказал Вэйфэн «Гордон» Чжан, младший научный сотрудник Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI) и ведущий автор исследования, опубликованного в Geophysical Research Letters. «Обычно вода Гольфстрима, которая очень теплая и плавучая, не вступает в прямой контакт с водой на континентальном шельфе, которая намного холоднее. Существует целый ряд потенциальных последствий, которые требуют дальнейшего изучения».До сих пор ученые не могли изучить это явление, потому что спутники могут определять только поверхность океана, а данные о структуре вторгшейся воды под поверхностью не были доступны.
Однако в апреле 2014 года данные о толщине воды в этой области стали доступны в результате предварительного развертывания Инициативы океанических обсерваторий (OOI), финансируемой Национальным научным фондом. В частности, автономные транспортные средства, называемые «планерами», которые собирают данные по заранее определенному пути в океане, были развернуты на площадке OOI Pioneer Array к югу от Кейп-Код.
Чжан и его коллеги использовали предварительные данные планера, собранные с апреля по июнь 2014 года и общедоступные на веб-сайте OOI, чтобы создать первый профиль сложных слоистых масс воды в этой жизненно важной точке океана.«Край континентального шельфа является ключевым местом, где плотная, богатая питательными веществами вода« поднимается »на поверхность, стимулируя рост у основания пищевой сети», — сказал соавтор Глен Гаваркевич, старший научный сотрудник WHOI. «Эта вода обычно зажата между более холодной и свежей водой на шельфе и более теплой водой Гольфстрима на шельфе.
Понимание изменений в этом регионе имеет важные социальные и экономические последствия».Спутниковые снимки показывают, что в период с 2007 по 2014 год в зимний и весенний сезоны произошло пять аналогичных вторжений.
Чжан и Гаваркевич назвали эти события «вторжениями носа Пиноккио» (PNI), потому что теплая вода вторгается на шельф и продолжает «расти» на сотни миль, двигаясь в противоположном направлении от северо-восточного движения Гольфстрима.До проведения этого нового исследования одно из предлагаемых объяснений заключалось в том, что теплые воды были унесены струей разлома шельфа, течения, которое движется в юго-западном направлении вдоль края шельфа. Чжан называет это «обманом или ложью» вторжения носа Пиноккио. «Если вторжение было вызвано струей разлома полки, — сказал Чжан, — эта деталь, скорее всего, была бы очень тонкой поверхностной деталью на поверхности».
Напротив, благодаря данным, собранным планерами OOI Pioneer Array до и после образования PNI, ученые определили, что эти вторжения имеют глубину почти 100 метров и простираются почти до морского дна.Вращающиеся теплые кольца ядра образуются в глубоком океане и в конечном итоге отрываются от Гольфстрима, направляясь в северо-западном направлении на более мелкий континентальный склон. Внешние части колец первыми ударяются о склон и сжимаются поднимающимся морским дном.
Достигнув полки, они следуют за краем полки, простирающимся на юго-запад, образуя форму длинного носа. В конце концов, расширение прекращается, и тонкие нити, выходящие из северной стороны носа, проникают дальше на полку.Данные OOI Pioneer Array также позволили ученым понять сложность того, что определяет плотность различных водных масс в этом уникальном месте. В нормальных условиях плотность в регионе определяется соленостью.
Вода на шельфе более свежая, чем в море, и поэтому более плавучая, чем в более соленой морской воде. Однако во время события PNI вода на шельфе менее плавучая, чем вода в море из-за огромной разницы температур — примерно 25-30 градусов по Фаренгейту — между водами шельфа и водами вторжения.
«Поскольку вода Гольфстрима невероятно теплая, плотность теперь контролируется температурой, а вода вторжения более плавучая, несмотря на то, что она более соленая», — сказал Чжан.Изменения температуры, плотности и циркуляции имеют серьезные последствия для рыболовства в этом районе.«Я показал данные планера группе коммерческих рыбаков еще в апреле в Род-Айленде, и они были очень удивлены», — сказал Гаваркевич. «Они не могли поверить, что температура может измениться так сильно, так быстро».Ученые полагают, что процесс PNI может помочь в транспортировке молоди рыбы, такой как американский угорь, через барьер полки на шельф, где они могут плыть к прибрежным устьям.
Для американских угрей это важный шаг на пути к репродуктивной миграции и решающий для их выживания. Детеныши угря должны добраться от нерестилища в тропиках до устьевых и пресноводных местообитаний на северо-восточном побережье США в первый год своей жизни.
Прямое проникновение воды Гольфстрима на шельф может помочь им добраться до места назначения, не будучи унесенными с лица земли, и может повысить их выживаемость. Но для других видов вторжение может принести поверхностные воды Гольфстрима с низким содержанием питательных веществ и подавить подъем холодной, плотной, богатой питательными веществами воды и, таким образом, снизить биологическую продуктивность в регионе, который иначе известен своими плодородными рыболовными угодьями.«Я просто нахожу удивительным, что планеры Pioneer Array отсутствовали в течение месяца, и мы уже определили новый процесс замены полок», — сказал Гаваркевич. «Это просто показывает, как много еще мы должны узнать в экосистеме всей полки».«Я очень горжусь нашими учеными из WHOI, Вейфэном Чжаном и Гленом Гаваркевичем», — сказал представитель Уильям Китинг (D-MA). "Их открытие служит напоминанием о насущной необходимости продолжения и более частых наблюдений за океаном, а также о взаимосвязанности здоровья наших океанов и здоровья наших морских экосистем.
WHOI уже давно является международным лидером в области океанографии с новаторскими достижениями исследования, раскрывающие бесчисленные открытия, которые изменили эту область. Этот прорыв ничем не отличается. Поскольку мы продолжаем изучать и понимать масштабы и последствия изменений температуры и циркуляции океана, исследования и ресурсы WHOI будут неоценимы ».