Антарктическая донная вода

Антарктическая донная вода — это наиболее плотная и холодная водная масса Мирового океана, формирующаяся в прибрежных районах Антарктиды и распространяющаяся по абиссальным (глубоководным) впадинам всех океанов, оказывая ключевое влияние на глобальную термохалинную циркуляцию и климатическую систему Земли.

Формирование

Механизмы образования

Антарктическая донная вода (АДВ) образуется в результате нескольких физических процессов, происходящих в Южном океане вокруг Антарктиды. Основным механизмом является зимнее охлаждение поверхностных вод на шельфе и их последующее осолонение. Вода на поверхности моря, охлаждаясь до температуры замерзания (около -1,9 °C), начинает кристаллизоваться. В процессе образования морского льда соли вытесняются в окружающую воду, повышая её солёность (этот процесс называется «солевой выброс»). Увеличение плотности за счёт низкой температуры и высокой солёности приводит к тому, что вода опускается на дно континентального шельфа.

Ключевые регионы

Основные зоны генерации АДВ расположены в нескольких районах Антарктиды:

• Море Уэдделла: Считается крупнейшим источником АДВ. Здесь формируется так называемая «вода моря Уэдделла» (Weddell Sea Bottom Water). Особую роль играют полыньи — участки открытой воды среди льдов, где зимой происходит интенсивное льдообразование и солевой выброс.
• Море Росса: Второй по значимости регион. Вода, формирующаяся здесь, известна как «вода моря Росса» (Ross Sea Bottom Water).
• Шельфовые ледники: Под шельфовыми ледниками (например, ледник Ронне-Фильхнера) происходит таяние льда снизу под давлением, что даёт пресную, холодную воду. Однако основную роль в осолонении играет именно образование морского льда на поверхности. Взаимодействие переохлаждённой шельфовой воды с более тёплыми глубинными водами также способствует образованию АДВ.

Свойства

Сразу после формирования антарктическая донная вода обладает следующими характеристиками:

• Температура: от -0,4 °C до -1,9 °C (в зависимости от региона и глубины).
• Солёность: от 34,6 до 34,7 промилле (‰).
• Плотность: максимальная для вод Мирового океана (около 1027,8–1028,0 кг/м³).

Распространение и циркуляция

Глобальный конвейер

АДВ является нижним, глубинным звеном глобальной термохалинной циркуляции, часто называемой «океаническим конвейером». После образования она стекает с континентального шельфа по подводным каньонам и заполняет абиссальные котловины. Из-за своей высокой плотности АДВ распространяется вдоль дна, проникая в глубоководные бассейны всех трёх основных океанов: Атлантического, Индийского и Тихого.

Пути распространения

1. Атлантический океан: АДВ из моря Уэдделла движется на север вдоль восточного побережья Южной Америки, огибает Южную Атлантику и проникает в Северную Атлантику, где постепенно смешивается с другими водными массами. В Атлантике она образует нижний слой воды, подстилающий Северо-Атлантическую глубинную воду.
2. Индийский океан: Часть АДВ проникает в Индийский океан через глубоководные проходы в Южно-Индийском хребте, заполняя котловины, такие как Австрало-Антарктическая котловина.
3. Тихий океан: В Тихий океан АДВ попадает через проливы между островами и подводными хребтами, например, через пролив Дрейка. В Тихом океане она медленно движется на север, но её продвижение ограничено подводными возвышенностями.

Скорость и время

Скорость распространения АДВ относительно невелика — от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров в секунду. Полный цикл обновления глубинных вод океана за счёт АДВ занимает от 500 до 2000 лет. Это означает, что вода, опустившаяся у берегов Антарктиды, может достичь северных широт Атлантики лишь спустя столетия.

Роль в климатической системе

Теплообмен и углеродный цикл

Антарктическая донная вода играет критическую роль в регулировании климата Земли:

• Поглощение тепла: Являясь холодной и плотной, АДВ эффективно поглощает и запасает тепло, поступающее из атмосферы, особенно в районах формирования. Это замедляет глобальное потепление.
• Секвестрация углерода: Холодная вода Южного океана способна растворять значительные объёмы углекислого газа (CO₂) из атмосферы. Опускаясь на дно, АДВ уносит этот углерод в глубины океана, изолируя его от атмосферы на сотни и тысячи лет. Этот процесс является одним из важнейших естественных механизмов связывания парниковых газов.
• Перенос кислорода: АДВ насыщена кислородом, растворённым в поверхностных водах. Опускаясь, она доставляет кислород в глубоководные слои, поддерживая жизнь в абиссальных экосистемах.

Влияние на циркуляцию

АДВ является «двигателем» глубинной циркуляции. Без её постоянного образования и опускания глобальный океанический конвейер замедлился бы или остановился, что привело бы к кардинальным изменениям климата, включая перераспределение тепла между экватором и полюсами.

Современные изменения и угрозы

Потепление вод

В последние десятилетия учёные фиксируют изменения в свойствах и объёмах АДВ. Наблюдения показывают, что в море Уэдделла и море Росса антарктическая донная вода становится теплее и менее плотной. Основные причины:

• Таяние ледников: Увеличение поступления пресной воды от тающих шельфовых ледников снижает солёность поверхностных вод, что затрудняет их осолонение и опускание.
• Потепление атмосферы: Более тёплый воздух замедляет образование морского льда зимой, уменьшая интенсивность солевого выброса.

Последствия

Снижение плотности АДВ может привести к замедлению или прекращению её формирования в некоторых регионах. Это, в свою очередь, ослабит глобальную циркуляцию, уменьшит поглощение CO₂ океаном и ускорит потепление глубинных вод. Такие изменения уже наблюдаются: исследования показывают, что за последние 30 лет объём АДВ, поступающей в Атлантику, сократился на 20–30%. Это может иметь долгосрочные последствия для климата всей планеты.

Исследования

Методы

Изучение АДВ проводится с помощью:

• Океанографических станций: Измерение температуры, солёности и плотности воды на разных глубинах с помощью CTD-зондов (Conductivity, Temperature, Depth).
• Автономных буёв (Argo): Сеть глубоководных буёв, которые измеряют параметры воды до глубины 2000 метров и передают данные через спутник.
• Спутниковые наблюдения: Используются для мониторинга площади морского льда, температуры поверхности океана и течений.
• Изотопный анализ: Определение возраста и происхождения водных масс с помощью радиоактивных изотопов (например, углерод-14).

Важные проекты

Крупные международные программы, такие как World Ocean Circulation Experiment (WOCE) и Southern Ocean Observing System (SOOS), направлены на систематическое изучение Южного океана и его роли в климатической системе. В 2020-х годах особое внимание уделяется мониторингу изменений в зонах формирования АДВ.

Источники

• Океанология: учебник для вузов / Под ред. В. Н. Степанова. — М.: Гидрометеоиздат, 1983.
• Физическая океанография / С. А. Добролюбов, А. А. Клювиткин, А. В. Соков. — М.: Издательство МГУ, 2018.
• The Oceans: A Physical and Chemical Description / H. U. Sverdrup, M. W. Johnson, R. H. Fleming. — New York: Prentice-Hall, 1942.
• Antarctic Bottom Water: A Review / A. H. Orsi, T. Whitworth III, W. D. Nowlin Jr. // Journal of Physical Oceanography. — 1999. — Vol. 29.
• Observations of a Rapid Warming of Antarctic Bottom Water in the Weddell Sea / S. S. Jacobs, C. F. Giulivi // Geophysical Research Letters. — 2010. — Vol. 37.
• Abrupt change in Antarctic Bottom Water formation and its impact on global climate / M. P. Meredith, A. C. Naveira Garabato // Nature Climate Change. — 2015. — Vol. 5.