Антарктическое циркумполярное течение ( АЦТ ) — океаническое течение , которое течёт по часовой стрелке (если смотреть с Южного полюса) с запада на восток вокруг Антарктиды . Альтернативное название АЦТ — Западный ветровой дрейф . АЦТ является доминирующей особенностью циркуляции Южного океана и имеет среднюю транспортировку, оцениваемую в 100–150 Свердрупов (Зв, млн м3 / с) [1] или, возможно, даже выше, [2] что делает его крупнейшим океаническим течением. Течение является циркумполярным из-за отсутствия какой-либо суши, соединяющейся с Антарктидой, и это удерживает тёплые океанские воды подальше от Антарктиды, позволяя этому континенту поддерживать свой огромный ледяной щит .
С циркумполярным течением связана Антарктическая конвергенция , где холодные воды Антарктики встречаются с более теплыми водами субантарктического региона , создавая зону восходящих питательных веществ. Они питают высокие уровни фитопланктона с ассоциированными веслоногими рачками и крилем , и в результате образуются пищевые цепи, поддерживающие рыбу, китов, тюленей , пингвинов, альбатросов и множество других видов .
ACC был известен морякам на протяжении столетий; он значительно ускоряет любое путешествие с запада на восток, но делает плавание с востока на запад чрезвычайно трудным, хотя это в основном из-за преобладающих западных ветров . Рассказ Джека Лондона «Сделай Запад» и обстоятельства, предшествовавшие мятежу на « Баунти» , остро иллюстрируют трудности, которые он создавал для моряков, пытающихся обогнуть мыс Горн в западном направлении по маршруту клиперов из Нью-Йорка в Калифорнию. [3] Маршрут клиперов в восточном направлении , который является самым быстрым парусным маршрутом вокруг мира, следует по ACC вокруг трех континентальных мысов — мыса Игольный (Африка), Юго-Восточного мыса (Австралия) и мыса Горн (Южная Америка).
Течение создает круговороты Росса и Уэдделла .
ACC соединяет Атлантический , Тихий и Индийский океаны и служит основным путем обмена между ними. Течение сильно ограничено рельефом и батиметрическими особенностями. Если проследить его, начав произвольно в Южной Америке, то оно протекает через пролив Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом , а затем разделяется дугой Скотия на востоке, с мелководной теплой ветвью, текущей на север в Фолклендском течении , и более глубокой ветвью, проходящей через дугу более на востоке, прежде чем также повернуть на север. Проходя через Индийский океан, течение сначала отражает течение Агульяс , образуя возвратное течение Агульяс, прежде чем оно разделяется плато Кергелен , а затем снова движется на север. Отклонение также наблюдается, когда оно проходит через срединно-океанический хребет в юго-восточной части Тихого океана.
Течение сопровождается тремя фронтами : субантарктическим фронтом (SAF), полярным фронтом (PF) и южным фронтом ACC (SACC). [4] Кроме того, воды Южного океана отделены от более теплых и соленых субтропических вод субтропическим фронтом (STF). [5]
Северная граница ACC определяется северным краем SAF, это самая северная вода, проходящая через пролив Дрейка и, следовательно, циркумполярная. Большая часть переноса ACC переносится этим фронтом, который определяется как широта, на которой впервые появляется минимум солености под поверхностью или толстый слой нестратифицированной субантарктической воды , что допускается температурно-плотностной стратификацией. Еще южнее лежит PF, который отмечен переходом к очень холодной, относительно пресной, антарктической поверхностной воде на поверхности. Здесь температурный минимум допускается соленостью-плотностной стратификацией из-за более низких температур. Еще южнее находится SACC, который определяется как самая южная граница циркумполярной глубоководной воды (температура около 2 °C на высоте 400 м). Эта водная масса течет вдоль шельфа западной части Антарктического полуострова и, таким образом, отмечает самую южную воду, протекающую через пролив Дрейка и, следовательно, циркумполярную. Основная часть переноса переносится двумя средними фронтами.
Общий перенос ACC в проливе Дрейка оценивается примерно в 135 Св, или примерно в 135 раз больше переноса всех рек мира вместе взятых. Относительно небольшое добавление потока наблюдается в Индийском океане, при этом перенос к югу от Тасмании достигает около 147 Св, и в этой точке течение, вероятно, является самым большим на планете.
Циркумполярное течение обусловлено сильными западными ветрами в широтах Южного океана.
В широтах, где есть континенты, ветры, дующие на легкую поверхностную воду, могут просто нагромождать легкую воду против этих континентов. Но в Южном океане импульс, сообщаемый поверхностным водам, не может быть компенсирован таким образом. Существуют разные теории о том, как циркумполярное течение уравновешивает импульс, сообщаемый ветрами. Увеличивающийся на восток импульс, сообщаемый ветрами, заставляет водные массы дрейфовать наружу от оси вращения Земли (другими словами, на север) в результате силы Кориолиса . Этот перенос Экмана на север уравновешивается южным, движущимся под давлением потоком под глубинами основных систем хребтов. Некоторые теории связывают эти потоки напрямую, подразумевая, что в Южном океане происходит значительный подъем плотных глубинных вод, преобразование этих вод в легкие поверхностные воды и преобразование вод в противоположном направлении на север. Подобные теории связывают величину циркумполярного течения с глобальной термохалинной циркуляцией , в частности со свойствами Северной Атлантики.
В качестве альтернативы, океанические вихри , океанический эквивалент атмосферных штормов, или крупномасштабные меандры циркумполярного течения могут напрямую переносить импульс вниз в водной толще. Это происходит потому, что такие потоки могут создавать чистый поток на юг в ложбинах и чистый поток на север через хребты без необходимости какой-либо трансформации плотности. На практике, как термохалинный, так и вихревой/меандровый механизмы, вероятно, будут важны.
Течение течет со скоростью около 4 км/ч (2,5 мили/ч) через хребет Маккуори к югу от Новой Зеландии. [6] ACC меняется со временем. Свидетельством этого является Антарктическая циркумполярная волна , периодическое колебание, которое влияет на климат большей части южного полушария. [7] Существует также Антарктическое колебание , которое включает изменения в местоположении и силе антарктических ветров. Было высказано предположение, что тенденции в Антарктическом колебании объясняют увеличение переноса циркумполярного течения за последние два десятилетия.
Опубликованные оценки начала Антарктического циркумполярного течения различаются, но обычно считается, что оно началось на границе эоцена и олигоцена . Изоляция Антарктиды и формирование АЦТ произошли с открытием Тасманийского пролива и пролива Дрейка . Тасманийский морской путь разделяет Восточную Антарктиду и Австралию и, как сообщается, открылся для циркуляции воды 33,5 миллиона лет назад (млн лет назад). [8] Время открытия пролива Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом более спорно; тектонические и осадочные данные показывают, что он мог быть открыт еще до 34 млн лет назад, [9] оценки открытия пролива Дрейка составляют от 20 до 40 млн лет назад. [10] Многие исследователи приписывают изоляцию Антарктиды течением причиной оледенения Антарктиды и глобального похолодания в эпоху эоцена . Океанические модели показали, что открытие этих двух проходов ограничило конвергенцию полярного тепла и вызвало понижение температуры поверхности моря на несколько градусов; другие модели показали, что уровни CO2 также сыграли значительную роль в оледенении Антарктиды. [10] [11]
Антарктический морской лед имеет сезонные циклы: в феврале-марте количество морского льда самое низкое, а в августе-сентябре морской лед достигает наибольшей протяженности. [12] Уровень льда отслеживается со спутника с 1973 года. Подъем глубинных вод под морской лед приносит значительное количество питательных веществ. По мере таяния льда талая вода обеспечивает стабильность, а критическая глубина значительно ниже глубины смешивания, что обеспечивает положительную чистую первичную продукцию . [13] По мере отступления морского льда в первой фазе цветения доминируют эпинтические водоросли, а сильное цветение, в котором доминируют диатомовые водоросли, следует за таянием льда на юге. [13]
Другое цветение фитопланктона происходит севернее, около Антарктической конвергенции , здесь питательные вещества присутствуют из термохалинной циркуляции . Цветение фитопланктона доминирует над диатомовыми водорослями и поедается веслоногими ракообразными в открытом океане, а также крилем ближе к континенту. Производство диатомовых водорослей продолжается в течение лета, и популяции криля поддерживаются, привлекая в этот район большое количество китообразных , головоногих моллюсков , тюленей, птиц и рыб. [13]
Считается, что цветение фитопланктона ограничивается облучением весной в южном полушарии и биологически доступным железом летом. [14] Большая часть биологии в этом районе происходит вдоль основных фронтов течения, субтропического, субантарктического и антарктического полярных фронтов, это области, связанные с четко определенными изменениями температуры. [15] Размер и распределение фитопланктона также связаны с фронтами. Микрофитопланктон (>20 мкм) находится на фронтах и на границах морского льда, в то время как нанофитопланктон (<20 мкм) находится между фронтами. [16]
Исследования фитопланктонных запасов в южном море показали, что в Антарктическом циркумполярном течении доминируют диатомовые водоросли, тогда как в море Уэдделла много кокколитофорид и силикофлагеллятов. Исследования юго-западной части Индийского океана показали вариацию групп фитопланктона в зависимости от их расположения относительно полярного фронта, при этом диатомовые водоросли доминируют к югу от фронта, а динофлагелляты и жгутиконосцы в более высоких популяциях к северу от фронта. [16]
Некоторые исследования были проведены на фитопланктоне Антарктики как поглотителе углерода . Районы открытой воды, оставшиеся после таяния льда, являются хорошими районами для цветения фитопланктона. Фитопланктон забирает углерод из атмосферы во время фотосинтеза. По мере того, как цветение умирает и тонет, углерод может храниться в отложениях в течение тысяч лет. Этот естественный поглотитель углерода, по оценкам, удаляет 3,5 миллиона тонн из океана каждый год. 3,5 миллиона тонн углерода, взятого из океана и атмосферы, эквивалентны 12,8 миллионам тонн углекислого газа. [17]
Экспедиция в мае 2008 года из 19 ученых [18] изучала геологию и биологию восьми подводных гор хребта Маккуори , а также Антарктическое циркумполярное течение, чтобы исследовать последствия изменения климата Южного океана. Циркумполярное течение объединяет воды Атлантического, Индийского и Тихого океанов и переносит до 150 раз больше объема воды, текущей во всех реках мира. Исследование показало, что любой ущерб, нанесенный холодноводным кораллам, питаемым течением, будет иметь долгосрочный эффект. [6] После изучения циркумполярного течения стало ясно, что оно сильно влияет на региональный и глобальный климат, а также на подводное биоразнообразие. [19] Недавно этот предмет был охарактеризован как «спектральный пик глобальной внетропической циркуляции на ≈ 10^4 километров». [20]
Течение помогает сохранить деревянные обломки кораблей, не давая «корабельным червям », сверлящим древесину, достичь таких целей, как корабль Эрнеста Шеклтона «Эндьюранс» . [21]