巨大的水下波浪可能會影響海洋儲存碳的能力

根據(jù)一項新的研究，海洋表面深處的水下波浪 - 有些高達(dá)500米 - 在海洋如何儲存熱量和碳方面發(fā)揮著重要作用。

 

由劍橋大學(xué)，牛津大學(xué)和加州大學(xué)圣地亞哥分校領(lǐng)導(dǎo)的一個國際研究小組量化了這些波浪和其他形式的水下湍流對大西洋的影響，發(fā)現(xiàn)它們的重要性并未準(zhǔn)確反映在為政府政策提供信息的氣候模型中。

 

 

人類活動釋放的大部分熱量和碳被海洋吸收，但它能吸收多少取決于海洋內(nèi)部的湍流，因為熱量和碳要么被推入海洋深處，要么被拉向表面。

 

雖然這些水下波已經(jīng)眾所周知，但它們在熱量和碳傳輸中的重要性尚不完全清楚。

 

發(fā)表在AGU Advances雜志上的結(jié)果表明，海洋內(nèi)部的湍流對于全球范圍內(nèi)的碳和熱量運(yùn)輸比以前想象的更為重要。

 

海洋環(huán)流將溫暖的海水從熱帶帶到北大西洋，在那里它們冷卻、下沉并在深海中向南返回，就像一條巨大的傳送帶。這種環(huán)流模式的大西洋分支，稱為大西洋經(jīng)向翻轉(zhuǎn)環(huán)流(AMOC)，在調(diào)節(jié)全球熱量和碳收支方面發(fā)揮著關(guān)鍵作用。海洋環(huán)流將熱量重新分配到極地地區(qū)，在那里融化冰，將碳重新分配到深海，在那里可以儲存數(shù)千年。

 

“如果你要拍一張海洋內(nèi)部的照片，你會看到很多復(fù)雜的動力學(xué)在起作用，”劍橋應(yīng)用數(shù)學(xué)和理論物理系的第一作者Laura Cimoli博士說。“在水面之下，有噴流、洋流和波浪——在深海中，這些波浪可以高達(dá)500米，但它們就像海灘上的波浪一樣破裂。

 

“大西洋在影響全球氣候方面很特別，”劍橋地球科學(xué)系的共同作者Ali Mashayek博士說。“它從上游到深海具有強(qiáng)烈的極對極環(huán)流。水在水面上的移動速度也比在深海中快。

 

在過去的幾十年里，研究人員一直在調(diào)查AMOC是否可能是北極失去如此多冰蓋的一個因素，而一些南極冰蓋正在增長。對這種現(xiàn)象的一種可能的解釋是，北大西洋海洋吸收的熱量需要幾百年才能到達(dá)南極。

 

現(xiàn)在，利用遙感，基于船舶的測量和來自自主浮標(biāo)的數(shù)據(jù)，劍橋領(lǐng)導(dǎo)的研究人員發(fā)現(xiàn)，來自北大西洋的熱量可以比以前想象的更快地到達(dá)南極。此外，海洋內(nèi)的湍流 - 特別是大型水下波浪 - 在氣候中起著重要作用。

 

就像一個巨大的蛋糕，海洋由不同的層組成，底部是更冷、更稠密的水，頂部是溫暖、更輕的水。海洋內(nèi)的大多數(shù)熱量和碳傳輸都發(fā)生在特定層內(nèi)，但熱量和碳也可以在密度層之間移動，將深水帶回地表。

 

研究人員發(fā)現(xiàn)，小尺度湍流促進(jìn)了地層之間的熱量和碳的運(yùn)動，這種現(xiàn)象在氣候模型中沒有完全體現(xiàn)出來。

 

來自不同觀測平臺的混合估計顯示，環(huán)流上部存在小規(guī)模湍流的證據(jù)，與海洋內(nèi)波的理論預(yù)測一致。不同的估計表明，湍流主要影響與從北大西洋向南移動到南大洋的深水核心相關(guān)的密度層類別。這意味著這些水團(tuán)攜帶的熱量和碳很有可能在不同的密度水平上移動。

 

“氣候模型確實解釋了湍流，但主要是它如何影響海洋環(huán)流，”Cimoli說。“但我們發(fā)現(xiàn)湍流本身至關(guān)重要，并且在海洋吸收多少碳和熱量以及儲存地點(diǎn)方面起著關(guān)鍵作用。

 

“許多氣候模型對微尺度湍流的作用過于簡單化，但我們已經(jīng)證明它很重要，應(yīng)該更加小心地對待，”Mashayek說。“例如，湍流及其在海洋環(huán)流中的作用可以控制到達(dá)南極冰蓋的人為熱量的數(shù)量，以及發(fā)生這種情況的時間尺度。

 

研究表明，迫切需要在全球觀測陣列上安裝湍流傳感器，并在氣候模型中更準(zhǔn)確地表示小規(guī)模湍流，以使科學(xué)家能夠更準(zhǔn)確地預(yù)測氣候變化的未來影響。