Их влияние на поверхность океана незначительно, так как высота подъема составляет всего несколько дюймов, что практически незаметно на бурном море. Но внутренние волны, которые полностью скрыты в океане, могут достигать сотни футов, что оказывает серьезное воздействие на климат Земли и экосистемы океана.Теперь новое исследование, проводимое как в океане, так и в ходе крупнейших лабораторных экспериментов по изучению внутренних волн, разрешило давнюю загадку о том, как именно возникают самые большие известные внутренние волны в Южно-Китайском море. Новые результаты получены в результате совместных усилий MIT и нескольких других учреждений и координируются Управлением военно-морских исследований (ONR).
В поперечном сечении эти волны напоминают по форме поверхностные волны. Единственная разница между подводной волной и водой вокруг нее — это ее плотность из-за разницы в температуре или солености, которая вызывает расслоение океанской воды.Хотя и невидимая для глаза граница между более холодной и соленой водой внизу и более теплой, менее соленой водой наверху, может быть обнаружена инструментально. Этот пограничный слой может напоминать поверхность океана, создавая волны, которые достигают огромных высот, преодолевают огромные расстояния и могут играть ключевую роль в перемешивании океанических вод, помогая опускать теплые поверхностные воды вниз и отбирая тепло из атмосферы.
Поскольку эти внутренние волны трудно обнаружить, часто бывает сложно изучить их непосредственно в океане. Но теперь Томас Пикок, доцент кафедры машиностроения в Массачусетском технологическом институте, объединился с исследователями из Ecole Centrale de Lyon, Ecole Normale Superieure de Lyon и Университета Гренобль-Альпы, все во Франции, а также с Океанографическим центром Woods Hole. Учреждение, которое проведет самый крупный лабораторный эксперимент по изучению таких волн. Их результаты опубликованы в журнале Geophysical Research Letters.
Команда провела лабораторные эксперименты по изучению образования внутренних волн в Лусонском проливе между Тайванем и Филиппинами. «Это самые мощные внутренние волны, обнаруженные до сих пор в океане», — говорит Пикок. «Это волны масштаба небоскреба».
Эти одиночные волны достигают высоты 170 метров (более 550 футов) и могут перемещаться с неторопливой скоростью несколько сантиметров в секунду. «Это неуклюжие гиганты океана», — говорит Пикок.В крупномасштабных лабораторных экспериментах команды по генерации таких волн использовалась подробная топографическая модель морского дна Лусонского пролива, установленная во вращающемся резервуаре диаметром 50 футов в Гренобле, Франция, самом большом подобном объекте в мире. Эксперименты показали, что эти волны генерируются всей системой хребтов на этом участке морского дна, а не локализованной горячей точкой внутри хребта.
Последняя крупная полевая программа исследования генерации внутренних волн проводилась у побережья Гавайев в 1999 году. С тех пор ученые пришли к большему пониманию значения этих гигантских волн в перемешивании океанской воды — и поэтому в глобальном климате.«Это важный недостающий фрагмент головоломки в моделировании климата», — говорит Пикок. «Прямо сейчас глобальные климатические модели не могут уловить эти процессы», — говорит он, но сделать это, несомненно, важно: «Вы получите другой ответ… если не учитывать эти волны». Чтобы помочь включить новые результаты в эти модели, исследователи встретятся в январе с группой моделирования климата в рамках усилий, спонсируемых Национальным научным фондом, по улучшению моделирования климата.
Эти волны потенциально являются «ключевым механизмом передачи тепла от верхних слоев океана к глубинам», — говорит Пикок, поэтому целью исследования было определить, как именно самая большая из этих волн, как было обнаружено на спутниковых снимках региона Лусонского пролива. , генерируются.Пикок говорит, что о существовании внутренних волн в океанах известно уже более века, но они остаются плохо изученными из-за сложности наблюдений. Среди новых методов, которые помогли продвинуть поле вперед, — использование спутниковых данных: хотя подводные волны поднимают поверхность воды менее чем на дюйм, долгосрочные спутниковые данные могут ясно различить эту разницу.
«На основе данных за 15 лет вы можете отфильтровать шум», — объясняет Пикок: во многих местах, например в проливе Лусон, эти волны генерируются устойчиво и предсказуемо, когда приливы текут по затопленным хребтам и по узким каналам. Полученная 12-часовая периодичность хорошо видна по спутниковым данным.Помимо воздействия на климат, внутренние волны могут играть важную роль в поддержании экосистем коралловых рифов, которые считаются уязвимыми к изменению климата и другим экологическим воздействиям: внутренние волны могут приносить питательные вещества из глубин океана, говорит Пикок.Мэтью Алфорд, адъюнкт-профессор океанографии Вашингтонского университета, который участвовал в соответствующих полевых исследованиях этого проекта, говорит: «Сильное воздействие и геометрия гребней в Лусонском проливе приводят к одним из самых сильных внутренних волн в Мировом океане.
Они важны по целому ряду причин, включая биологию региона, перемешивание и турбулентность, которые они создают, а также морскую навигацию в регионе ». По его словам, исследование, проведенное этой командой, «способствовало значительному прогрессу в нашем понимании того, как эти волны генерируются и рассеиваются».Исследование, проведенное Пикоком и командой из восьми других исследователей, финансировалось ONR, Национальным центром научных исследований и Национальным агентством исследований во Франции, а также программой MIT-France.