Учёные подсчитали путём измерения времени распространения звуковых волн, приводимых в движение землетрясениями, что Индийский океан нагревается примерно на 0,044 К за десятилетие.

По мере того, как парниковые газы накапливаются в атмосфере Земли, планета удерживает тепло, которое в противном случае рассеивалось бы в космосе. Большая часть этого дополнительного тепла поглощается океаном, и теперь исследователи обратились к «неправдоподобному» источнику данных - землетрясениям - чтобы изучить, насколько быстро нагревается морская вода. Их измерения показывают, что Индийский океан нагревается примерно на 0,044 К за десятилетие. Авторы сообщают, что это значительно быстрее, чем скорость нагрева, измеренная массивом автономных буёв.

Климатический кардиостимулятор

Более 90% энергии, задерживаемой парниковыми газами, в конечном итоге расходуется на нагрев океана. По словам Йорна Кэллиса (Jörn Callies), океанолога из Калифорнийского технологического института в Пасадене и соавтора нового исследования, в результате глобальный океан является своего рода кардиостимулятором климата. «Океан играет важную роль в климатической системе».

Но понять, насколько быстро нагревается океан, до недавнего времени было довольно сложно. «Вы должны опустить прибор за борт корабля и измерить температуру», - сказал Кэллис. Этот трудоёмкий процесс привёл к неоднозначному и предвзятому освещению событий, потому что, например, моряки мало интересовались плаванием по печально известному суровому Южному океану.

Однако всё изменилось в 2000 году, когда был запущен первый автономный буй Арго. Каждый из этих роботизированных инструментов длиной около метра движется вверх и вниз по толщине воды и снимает повторяющиеся показания проводимости, температуры и давления океана. Около 4000 буёв Арго теперь бродят по мировому океану, дрейфуя с течением.

Идя глубже, чем Арго

Но возможности буёв Арго ограничены: они не опускаются глубже примерно 2000 метров. (Программа, известная как Deep Argo, в настоящее время разворачивается, она отправит буи на глубину 6000 метров). Чтобы лучше понять, как нагревается океан, в том числе на больших глубинах, Кэллис и его коллеги отвергли предложенную более 40 лет назад идею: измерять изменения времени распространения звуковых волн в воде.

Физика утверждает, что звуковые волны быстрее распространяются в более тёплой воде. Но исследователи в 1990-х годах обнаружили, что создание под водой звуковых волн, например, с помощью громкоговорителей сопряжено с определенными трудностями, сказал Брюс Корнуэль (Bruce Cornuelle), физик-океанограф из Института океанографии Скриппса в Ла-Хойя, штат Калифорния, не участвовавший в исследовании. «Создание источников звука - дорогое удовольствие, и было много вопросов о том, как это повлияет на морских млекопитающих».

Кэллис и его коллеги решили обратиться к естественному источнику звуковых волн. «Мы используем генерацию звука, происходящую при землетрясениях», - сказал Кэллис. Когда сейсмические волны сотрясают морское дно, они генерируют звуковые волны в океане. Эти волны распространяются со скоростью примерно 1,5 километра в секунду - намного медленнее, чем первичные и вторичные сейсмические волны - и они снова преобразуются в сейсмические волны, когда опять попадают на морское дно.

Поиск близнецов

Каллис и его сотрудники сосредоточили свое внимание на регионе недалеко от индонезийского острова Суматра, одном из самых подверженных землетрясениям мест в мире. По словам Венбо Ву (Wenbo Wu), сейсмолога из Калифорнийского технологического института и ведущего автора нового исследования, это место особенное. «Субдукция (погружение одной плиты земной коры под другую во время их столкновения) там случается регулярно». Поскольку это происходит многократно на одном и том же участке разлома, происходит генерация землетрясения с почти идентичной формой волны. Эти «повторяющиеся землетрясения» могут быть разделены во времени часами, днями или годами.

Используя каталог землетрясений, составленный Международным сейсмологическим центром, ученые выделили 2047 пар повторяющихся землетрясений, произошедших недалеко от Суматры с 2004 по 2016 гг. Обнаружение этих повторов сделало возможным это исследование, сказал Каллис. По его словам, сейсмические волны повторяющихся землетрясений происходят в одном и том же месте, поэтому любые изменения во времени прохождения можно привязать к изменениям температуры океана. «Если бы мы не использовали ретрансляторы, неопределённость в местоположении землетрясения заглушила бы любые сигналы океана».

Для каждой пары повторяющихся землетрясений исследователи рассчитали разницу во времени прохождения волн между их источником на Суматре и сейсмическим приёмником на Диего-Гарсия, атолле, расположенном примерно в 3000 км и являющемся частью Британской территории в Индийском океане.

Авторы обнаружили, что разница во времени в пути - обычно несколько десятых секунды - имеет тенденцию увеличиваться со временем. Это признак потепления океана …

Ярко выраженная тенденция к потеплению

Исследователи сообщили в прошлом месяце в журнале Science, что в среднем Индийский океан в период с 2004 по 2016 гг. нагревался примерно на 0,044 К за десятилетие,. Это примерно на 70% больше, чем рассчитанная по данным Арго скорость 0,026 К за десятилетие. По словам Кэллиса, это расхождение в некоторой степени является ожидаемым, поскольку два набора данных исследуют разные части водной толщи. Обнадёживает то, что оба набора данных демонстрируют колебания температуры воды с одинаковыми периодами - 6 и 12 месяцев - которые, скорее всего, вызваны сезонностью.

Эти результаты интригуют, но есть ещё кое-что, что надо исследовать, - сказал Корнуэль из Скриппса. Например, важно понимать, насколько разница во времени прохождения связана с истинными изменениями температуры по сравнению с небольшими сдвигами в местах землетрясений, сказал он.

По словам Кэллиса, в будущем было бы полезно использовать подводные приёмники - гидрофоны - для непосредственного обнаружения бегущих звуковых волн, а не полагаться на их преобразование обратно в сейсмические волны и улавливание наземных сейсмических датчиков. Это позволило бы проводить измерения даже при более мелких, а значит, более многочисленных землетрясениях.

По словам Кэллиса, есть также возможность смотреть на звуковые волны разных частот с целью изучить изменения температуры на разных водных глубинах. «Увеличивая частоту, вы можете почувствовать различия в разных частях водяного столба». Исследователи предполагают, что это исследование было сосредоточено на частотах от 1,5 до 2,5 герц, но должно быть возможным и для частот от 1,0 до 10,0 герц. «Это дело будущего», - сказал Кэллис.

Ссылка: https://eos.org/articles/earthquakes-reveal-how-quickly-the-ocean-is-warming