Арктика нагревается быстрее, чем любой другой регион – это касается как суши, так и воды. Морские волны тепла здесь принципиально отличаются от тех, что стали традиционными в низких широтах и наносят колоссальный ущерб экосистемам океана. Науке малоизвестно, как они образуются, как ведут себя и главное – чего следует ожидать в перспективе в этом невероятно чувствительном и малоизученном регионе планеты. Исследователи из Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Research (Германия) углубились в тему.
С 1980-х годов частота, продолжительность и интенсивность экстремальных метеоявлений в Арктике значительно возросли, а резкий скачок этих показателей произошел в 2000-х. Наибольший рост температуры отмечают в шельфовых зонах (+0,5 °C) и на кромках льда (+0,6 °C).
Частота волн жары в окраинных морях региона возрастает в 2 раза быстрее, чем в мире в целом, причем на глубинах 50-500 м их интенсивность выше, чем на поверхности. Особенно ярко такие явления наблюдаются в Баренцевом и Беринговом морях.
Главная особенность – лед
Морские волны тепла – это длительные периоды аномально высокой температуры, возникающие из-за локальных атмосферных или океанических процессов: адвекции тепла, перемешивания, изменения стратификации водной толщи. Главным фактором ученые называют устойчивые аномальные южные ветры, приносящие теплый воздух и приводящие к таянию льда.
Морские волны тепла наиболее распространены в окраинных и шельфовых морях, где из-за таяния морского льда летом открытая вода подвергается солнечному прогреву. Это приводит к значительным колебаниям температуры воды у поверхности, причем аномалии могут достигать +4 °C. Оказывается, арктические волны тепла - одни из самых интенсивных в мире.
Средняя интенсивность этих волн наиболее высока в окраинных морях - Карском, Баренцевом и Чукотском - 1-3 °C. Продолжительность событий составляет 10-40 дней, причем наибольшая - в Баренцевом, Карском и Восточно-Сибирском. Частота – примерно 1-3 раза в год, подобно другим морям мира.
В 2020 году в Баренцевом, Карском и Восточно-Сибирском морях наблюдалась самая сильная в истории волна тепла с аномалией +4 °C и продолжительностью от 100 до 300 дней. Подобные, но менее мощные события зафиксированы в Чукотском и Восточно-Сибирском морях в 2019 г. и в море Бофорта - в 2012 г.
Океанологи называют это важным трендом наряду с усилением штормов. К 2100 г. интенсивность штормов в Арктике возрастет в 1,5 раза по сравнению со средним по миру. И в 7 раз – с учетом изменений климата.
В результате нагрева и штормов площади морского льда быстро сокращаются.
Но лед – важнейший фактор всех процессов в Арктике – именно этим события здесь кардинально отличаются от происходящих ближе к экватору. Потоки тепла, стратификацию, изменчивость температуры здесь регулирует морской лед. Он же ограничивает теплообмен между океаном и атмосферой.
Стратификация в арктических морях зависит не от температуры и солености, как в низких широтах, а только от солености. Пресная вода из разных источников: рек, ледников, морского льда, - создает пресный холодный поверхностный слой, под которым - теплые соленые атлантические воды, поступающие на север через пролив Фрама и Баренцево море. У арктических берегов Канады соленые тихоокеанские воды располагаются довольно тонким теплым слоем над атлантическими водными массами. Эти оба теплых слоя – источник подповерхностного тепла. Оно влияет на вертикальную структуру и интенсивность потоков вещества и энергии. Под действием ветра идет перемешивание, теплые легкие воды поднимаются к поверхности даже под морским льдом. И это тоже может стать причиной образования волн тепла. Есть также нисходящие потоки более тяжелой холодной воды, а также более соленой из-за рассолов, образовавшихся при замерзании льда. Ничего подобного в низких широтах также не встречается. И в расчетах, которые проводили ранее, эти явления не учтены.
А когда лед тает, поверхность океана становится более открытой для контактов с атмосферой. Вода у поверхности теплеет, растет изменчивость температуры в разных районах моря. И это запускает новые перемещения порций воды как по вертикали, так и по горизонтали. Все сложно!
А как же Солнце?
Повышенная инсоляция в течение полярного лета усиливает поверхностные волны тепла и холода. Но рост температуры поверхности и площади открытой воды ведет к повышению облачности. Облака уменьшают поток солнечной радиации, приходящей на Землю. Но это компенсируется снижением отражающей способности (альбедо) льда - он же исчезает.
Каковы последствия аномальной жары в арктических морях?
Меняется все. Атмосфера, криосфера, биосфера и это ощущает человек.
Теплеет, усиливаются морские тепловые волны, морские льды тают, углубляется проникновение в Арктику теплой атлантической воды. Тают ледники арктических островов. Так, адвекция теплых вод во фьорды Гренландии - основная причина таяния гренландских ледников. И подводная многолетняя мерзлота тает успешно из-за притока теплой соленой воды.
Продолжительная теплая погода без льда может способствовать проникновению света в водную толщу, что благоприятствует первичной продукции и росту выбросов диметилсульфида, который служит ядрами конденсации в облаках. Далее – работает описанный выше механизм влияния облаков на таяние льда.
Первичная продукция – а это значит и жизнь местных экосистем – в значительной мере зависит от освещенности и наличия биогенных элементов, которые приносят реки и океаны с юга. Освещенность, в свою очередь, связана с наличием льда и длительностью полярного дня и ночи.
Аномальное потепление меняет состав сообществ фито- и зоопланктона в Арктике: в условиях дефицита биогенных веществ более мелкие виды планктона вытесняют более крупных. А это отражается на качестве еды для более высоких уровней пищевой цепи. Доктор Marylou Athanase из Alfred Wegener Institute, Helmholtz Centre for Polar and Marine Researchуверен: «В Арктике даже временное повышение температуры на доли градуса может иметь каскадные последствия для чувствительной к теплу полярной экосистемы и может отразиться на глобальной климатической системе».
Люди уже столкнулись с тем, что аномально высокие температуры в Северном Ледовитом океане привели к снижению уровня липидов в полярных крабах, цветению вредоносных водорослей и гибели морских птиц. На шельфах арктических морей, куда поступают атлантические и тихоокеанские воды, длительное потепление привело к расселению видов из более низких широт и изменениям в сообществах на всех трофических уровнях: от планктона до донных сообществ.
Таяние морского льда может способствовать росту поглощения CO2. Но потепление снижает растворимость CO2, что может нивелировать этот эффект. Аномалия в +4 °C может превратить Арктику из региона, поглощающего углерод, в регион, его выделяющий.