Звуковые волны, создаваемые грохотом подводных землетрясений, предоставляют новый способ изучения того, как изменение климата нагревает океаны, - пишет sciencenews.org со ссылкой на Science.
Поскольку выбросы парниковых газов нагревают планету, океан поглощает огромное количество этого тепла. Чтобы отслеживать изменения, примерно 4000 устройств, называемых поплавками Арго, собирают данные о температуре в верхних 2 000 метровых слоях океана. Но в некоторых регионах - в том числе на более глубоких участках океана и под морским льдом - таких данных мало.
Вэнбо Ву - сейсмолог из Калифорнийского технологического института - и его коллеги возрождают давнюю идею: использовать скорость звука в морской воде для оценки температуры океана. В новом исследовании команда Ву разработала и протестировала способ использования звуковых волн, генерируемых землетрясениями, распространяющихся через восточную часть Индийского океана, для оценки изменений температуры в этих водах с 2005 по 2016 год.
Сравнение этих данных с аналогичной информацией от поплавков Арго и компьютерных моделей показало, что новые результаты хорошо совпадают. Это открытие предполагает, что метод, получивший название сейсмической термометрии океана, может отслеживать влияние изменения климата на менее изученные районы океана.
Звуковые волны переносятся через воду за счет вибрации молекул воды, и при более высоких температурах эти молекулы вибрируют легче. В результате волны распространяются немного быстрее, когда вода теплее. Но эти изменения настолько малы, что, чтобы их можно было измерить, исследователям необходимо отслеживать волны на очень больших расстояниях.
К счастью, звуковые волны могут преодолевать большие расстояния через океан благодаря любопытному явлению, известному как канал SOFAR - сокращение от Sound Fixing and Ranging (подводный звуковой канал). Канал SOFAR, образованный слоями различной солености и температуры в воде, представляет собой горизонтальный слой, который действует как волновод, направляя звуковые волны почти так же, как оптические волокна направляют световые волны, говорит Ву. Волны отскакивают от верхней и нижней границ канала, но могут продолжать свой путь практически без изменений на десятки тысяч километров.
В 1979 году физики-океанографы Уолтер Мунк, работавший тогда в Океанографическом институте Скриппса в Ла-Хойя (Калифорния) и Карл Вунш - ныне почетный профессор Массачусетского технологического института и Гарвардского университета, разработали план использования этих свойств океана для измерения температуры воды от поверхности до морского дна - метод, который они назвали «акустической томографией океана». Они должны были передавать звуковые сигналы через канал SOFAR и измерять время, за которое волны достигают приемников, расположенных на расстоянии 10 000 километров. Таким образом исследователи надеялись составить глобальную базу данных о температурах океана.
Но экологические группы лоббировали прекращение проекта и в конечном итоге остановили эксперимент, заявив, что антропогенные сигналы могут иметь неблагоприятные последствия для морских млекопитающих, как отмечает Вунш в комментарии к тому же выпуску журнала Science.
Сорок лет спустя ученые определили, что океан на самом деле очень шумное место, и что предполагаемые антропогенные сигналы были бы слабыми по сравнению с грохотом землетрясений, извержением подводных вулканов и стоном сталкивающихся айсбергов, - рассказал сейсмолог Эмиль Окал из Северо-Западного университета в Эванстоне (штат Иллинойс), не принимавший участия в новом исследовании.
Ву и его коллеги разработали обходной путь, позволяющий избежать любых экологических проблем: вместо того, чтобы использовать сигналы, созданные человеком, они используют землетрясения. Когда подводное землетрясение грохочет, оно выделяет энергию в виде сейсмических волн, известных как P-волны и S-волны, которые вибрируют через морское дно. Часть этой энергии попадает в воду, и когда это происходит, сейсмические волны замедляются, превращаясь в Т-волны.
Эти зубцы T также могут перемещаться по каналу SOFAR. Итак, чтобы отслеживать изменения температуры океана, Ву и его коллеги определили «повторители» - землетрясения, которые, по мнению группы, происходят из одного и того же места, но происходят в разное время. Восточная часть Индийского океана, по словам Ву, была выбрана для этого экспериментального исследования в основном потому, что он очень сейсмически активен, предлагая большое количество таких землетрясений. После обнаружения более 2000 ретрансляторов с 2005 по 2016 год команда затем измерила разницу во времени прохождения звуковых волн через восточную часть Индийского океана, протяженностью около 3000 километров.
Данные выявили тенденцию к небольшому потеплению в водах примерно на 0,044 градуса Цельсия за десятилетие. Эта тенденция сравнима с той, на которую указывают температуры в реальном времени, полученные с помощью буев Арго, но немного ускоряет процесс. Ву говорит, что в следующий раз команда планирует протестировать эту технику с приемниками, которые находятся дальше, в том числе у западного побережья Австралии.
По словам Окала, это дополнительное расстояние будет важно для доказательства того, что новый метод работает. Пока задействованные расстояния очень малы, как и оцениваемые изменения температуры. Это означает, что любая неопределенность в сопоставлении точного происхождения двух повторяющихся землетрясений может привести к неопределенности во времени прохождения и, следовательно, в изменении температуры. Но будущие исследования на больших расстояниях могут помочь смягчить эту проблему, говорит он.
Новое исследование «действительно открывает новые горизонты, - говорит Фредерик Саймонс - геофизик из Принстонского университета, который не принимал участия в исследовании. - Ученые действительно разработали хороший способ выявить очень тонкие, медленные временные изменения. Это действительно технически обосновано».
И, добавляет Саймонс, во многих местах сейсмические записи на несколько десятков лет старше, чем данные о температуре, собранные буйками Арго. Это означает, что ученые смогут использовать сейсмическую термометрию океана для получения новых оценок температуры океана в прошлом. «Будет продолжена охота за высококачественными архивными записями».
По информации https://scientificrussia.ru/news/zvukovye-volny-podvodnyh-zemletryasenij-pokazyvayut-vliyanie-globalnogo-potepleniya-na-okeany
Обозрение "Terra & Comp".
