Ученые исследуют будущее покрытых льдом океанов Земли в их суровых окраинных зонах

Одним из самых суровых и динамичных регионов на Земле является маргинальная (окраинная) ледовая зона — место, где океанские волны встречаются с морским льдом, образующимся при замерзании поверхности океана. Тематический выпуск журнала Philosophical Transactions of the Royal Society A, опубликованный сегодня, обобщает быстрый прогресс исследователей за последнее десятилетие в понимании и моделировании этой сложной среды.

Это исследование жизненно важно для лучшего понимания сложных взаимодействий климатических систем Земли, поскольку маргинальная ледовая зона играет роль в сезонном замерзании и таянии океанов. В Арктике и Антарктике температура поверхности океана стабильно ниже -2°C, что достаточно для образования слоя морского льда. Вблизи полюсов лед формирует сплошной, толщиной в несколько метров, покров, который отражает солнечные лучи. Однако на более низких широтах, где ледяной покров переходит в открытый океан, лед образует меньшие, подвижные фрагменты — «флоэ», разделенные водой или кашеобразной массой кристаллов льда.

Эта зона по-разному взаимодействует с атмосферой и океаном и представляет собой сложную среду для исследований. Например, рейс в маргинальную ледовую зону вокруг Антарктиды в 2017 году столкнулся с ветрами более 90 км/ч и волнами высотой более 6,5 метров. Зона также взаимодействует с открытым океаном через поверхностные волны, которые могут разрушать ледяной покров, разламывая крупные флоэ и делая их более уязвимыми для таяния летом. Зимой же волны могут способствовать образованию тонких дисков льда — «блинных» флоэ. Энергия волн теряется при взаимодействии со льдом, что создает механизмы обратной связи, влияющие на эволюцию морского льда в меняющемся климате.

Ученые стремятся улучшить понимание роли этой зоны в драматических изменениях мирового ледяного покрова. Так, в Северном Ледовитом океане площадь льда «сократилась примерно вдвое с 1980-х годов». В Антарктике недавно наблюдались как рекордно большие, так и рекордно малые площади льда, и маргинальная зона является одним из источников межгодовой изменчивости.

Прогресс в исследованиях связан с крупными международными программами, в которых участвуют ученые Земли, геофизики, океанологи, инженеры и математики. Были разработаны инновационные методы наблюдений, например, 3D-визуализация динамики волн и флоэ с борта ледокола, а также новые модели, способные симулировать взаимодействие волн и льда. Эти достижения стали стимулом для проведения многомесячного эксперимента под руководством Австралии в антарктической маргинальной ледовой зоне на новом ледоколе RSV Nuyina стоимостью 500 млн долларов, запланированного на следующий год.

По мере роста температур и усиления волн маргинальная ледовая зона будет становиться все более важным компонентом мирового ледяного покрова. Однако предстоит пройти еще долгий путь, прежде чем понимание процессов обратной связи в этой зоне приведет к улучшению климатических прогнозов, используемых, например, в отчетах Межправительственной группы экспертов по изменению климата (IPCC). Включение маргинальной ледовой зоны в климатические модели было названо одним из ведущих специалистов «святым Граалем» для этой области, а следующий важный шаг — укрепление связей с более широким климатическим сообществом.