Океанические вихри повышают продуктивность морей: исследование МФТИ

Океанические водные массы находятся в постоянном движении. Помимо крупных течений, в морях формируются, перемещаются и исчезают мезомасштабные вихри диаметром от десятков до сотен километров. Эти структуры играют ключевую роль в переносе воды, тепла, солей и биогенных элементов, влияя на региональный и глобальный климат. Кроме того, вихри способствуют увеличению численности живых организмов в отдельных районах океана.

Ученые из МФТИ, СПбГУ и Университета Тромсе проанализировали спутниковые и натурные данные по Норвежскому морю за 2010–2024 годы, чтобы понять, как вихри влияют на распределение хлорофилла — основного пигмента фитопланктона, служащего индикатором его биомассы. Результаты работы опубликованы в журнале Frontiers in Marine Science. Всего было обработано более 10 тысяч профилей автономных буев Bio-Argo, погружающихся на глубину до двух километров.

Циклоны и антициклоны: неожиданное сходство

В центре внимания оказались два типа вихрей: циклоны, вращающие водные массы против часовой стрелки в Северном полушарии и поднимающие глубинные воды наверх, и антициклоны, вращающие воду по часовой стрелке и опускающие поверхностные слои вглубь. Классическая теория предполагала, что антициклоны должны подавлять развитие фитопланктона, поскольку они уносят питательные вещества вниз. Однако исследование показало обратное: в Норвежском море и циклоны, и антициклоны повышают концентрацию хлорофилла, причем антициклоны в июне-июле иногда даже превосходят циклоны по продуктивности.

«Анализ показал, что оба типа вихрей связаны с положительными подповерхностными аномалиями хлорофилла, достигающими 0,5–0,7 миллиграмма на кубический метр, — отметил старший научный сотрудник лаборатории арктической океанологии МФТИ Никита Сандалюк. — Наиболее сильные сигналы ограничены верхним 50-метровым слоем. В циклонических вихрях пик аномалий наблюдается на глубине около 25 метров, а у антициклонических — более сложная дипольноподобная структура с максимумами как в ядре, так и на периферии, на глубинах примерно 20–50 метров».

Механизмы и практическое значение

Ученые предложили гипотезу, объясняющую повышенное содержание хлорофилла в антициклонах: по их мнению, в таких структурах одновременно работают два механизма — классическая вихревая накачка и так называемая экмановская накачка, возникающая под действием ветра. Из-за особенностей пространственного распределения ветра в антициклонических вихрях происходит подъем глубинных вод в верхние слои океана.

Еще одним важным результатом стало обнаружение экстремально высокого содержания хлорофилла в Лофотенском вихре — огромном постоянном антициклоне в центральной части Лофотенской котловины, расположенной между материковой Норвегией и архипелагом Шпицберген. Высокая концентрация хлорофилла косвенно указывает на повышенную биомассу фитопланктона, который служит кормовой базой для веслоногих рачков (калянусов) — основного источника пищи для промысловых видов рыб, таких как треска и сельдь.

«Хлорофилл — один из ключевых маркеров биопродуктивности. Он указывает на скопление микроводорослей, первого звена морских пищевых цепей. Поэтому научная работа интересна и с практической точки зрения: она способствует выявлению зон повышенной первичной продукции, что важно для рыболовства», — пояснил Сандалюк. Разработанный метод потенциально применим и в других морях, включая Баренцево, Охотское, Берингово и Черное, однако там практически отсутствуют буи Bio-Argo, что подчеркивает необходимость регулярных экспедиционных исследований в российских водах.