Science: Миссия НАСА изучит, как скрытые водовороты океана поглощают тепло, возникающее при глобальном потеплении
Спутник SWOT будет с беспрецедентной точностью измерять глобальный гидрологический цикл и водовороты, поглощающие углерод.
На снимке Балтийского моря, сделанном в 2019 году, запечатлены цветки зелёных водорослей, попавших в водовороты
На турбулентные водовороты размером от нескольких километров до сотен километров в поперечнике, отслаивающиеся от больших океанских течений и смешивающие тепло и углекислый газ с более глубокими слоями океана, как сливки, смешанные с кофе, слишком долго не обращали внимания. Они являются самой активной особенностью океана, критически важной для правильного построения климатических моделей, но также в значительной степени невидимыми для спутников, за исключением тех случаев, когда они случайно «подметают» массивное цветение зеленого фитопланктона.
Водовороты и на суше - приливы и отливы рек и озёр станут в центре внимания после запуска спутника поверхностных вод и топографии океана (SWOT), совместного предприятия НАСА и французского космического агентства CNES. Спутник стоимостью 1,2 миллиарда долларов, запуск которого ожидается не ранее 15 декабря с базы космических сил Ванденберг в Калифорнии на ракете SpaceX Falcon 9, оснащён альтиметром, который может измерять высоту водной поверхности с точностью до пары сантиметров, что позволит исследователям делать выводы о движениях, определяющих её. «Изменения, которые мы ожидаем от SWOT, будут весьма значительными», — говорит Дж. Томас Фаррар (Thomas Farrar), физический океанограф из Океанографического института Вудс-Хоул (WHOI).
Для океанографов это будет похоже на надевание пары очков, говорит Розмари Морроу (Rosemary Morrow), физический океанограф из Лаборатории космических, геофизических и океанографических исследований в Тулузе, Франция. Спутник улавливает вихри размером семь километров в поперечнике и охватывают почти весь земной шар каждые 21 день. На суше SWOT сможет отображать изменение высоты более 6 миллионов озёр, от Великих озёр до прудов, а также фиксировать потоки в реках шириной более 100 метров. Он заменит точечные, нечастые измерения с земли и сделает область гидрологии гораздо более эмпирической и глобальной, чем когда-либо. «Это поможет нам определить круговорот воды в Арктике, Африке — местах, по которым у нас нет наземных данных», — говорит Тамлин Павелски (Tamlin Pavelsky), гидролог из Университета Северной Каролины в Чапел-Хилл и соруководитель научной группы SWOT по пресноводным исследованиям.
В течение почти четырёх десятилетий НАСА и CNES запустили серию спутников с радиолокационными высотомерами, которые используют отраженные импульсы радара для измерения высоты водной поверхности. Эти инструменты отслеживают ускорение повышения уровня мирового океана, что является основным показателем изменения климата. Измеряя выпуклости и «ямки» океана, они также отслеживают крупномасштабные течения, несущие воду вокруг планеты. Но низкое пространственное разрешение спутников означало, что реки и небольшие водовороты были вне досягаемости.
SWOT получает более чёткое изображение с помощью двух пятиметровых штанг, каждая из которых имеет антенну для улавливания отражений радиолокационных импульсов SWOT от поверхности Земли. Широко разнесённые антенны дают SWOT разрешение для измерения высоты участка воды шириной всего в километры, а не в сотни километров, позволяя увидеть небольшие водовороты.
Вооружившись точными наблюдениями, гидрологи смогут сказать, как озёра и реки меняются в зависимости от сезона и как краткосрочные климатические факторы, такие как Эль-Ниньо, влияют на эти ритмы. Для морских экологов SWOT сможет показать, как уровень крупнейших рек мира падает каждый раз, когда их перекрывает плотина или водослив, и насколько сильно это фрагментирует водную среду обитания. Спутник также увидит рябь, которая выдает речные мелководья и глубокие заводи, что является благом для изучения эволюции рек. И SWOT будет регистрировать паводковые воды по мере их движения вниз по реке, что должно помочь специалистам по моделированию наводнений, хотя измерения не будут достаточно оперативными, чтобы помочь сообществам подготовиться.
Хотя SWOT должен работать всего три года, его научная группа планирует искать корреляции между обнаруженными им потоками воды и характеристиками перманентных миссий Landsat, работающих в видимом свете, такими как изменение ширины озер и рек. По словам Павелски, эти видимые изменения могут служить показателем уровня воды, позволяя исследователям продолжать следить за течениями на планете. «Даже после того, как SWOT закончит работу, вы все равно можете продолжить этот анализ».
Взгляд SWOT на водовороты может быть его самой большой заслугой. Например, он проверит предсказания о том, что тысячи маленьких водоворотов одновременно волнуют океан, говорит Сильвия Коул (Sylvia Cole), физический океанограф из WHOI. По словам Морроу, водовороты диаметром всего в несколько километров, вероятно, играют решающую роль в попадании тепла и углерода в океаны вблизи полюсов. По её словам, они также вызывают перемешивание в небольших морях. «Вероятно, мы недооцениваем энергию Средиземноморья на 90%, потому что нам не хватает знания этих структур меньшего масштаба».
На береговых линиях SWOT предоставит подробную картину того, как горячие точки повышения уровня моря в открытом океане влияют на прибрежные затопления, говорит Сёнке Дангендорф (Sönke Dangendorf), физический океанограф из Тулейнского университета. По словам Морроу, он также изучит другую потенциальную угрозу для побережья: небольшие водовороты, которые могут нагревать близлежащие воды и вызывать более сильные ураганы. «Мы улавливаем больше тепла не только на поверхности, но и на глубине». Это важные вопросы, на которые нужно ответить быстро, поскольку большая часть человечества живет вдоль побережья, добавляет она. «Острее всё ощущается в прибрежной зоне».
