Кіріспе
Антарктиканың батысынан шығысқа қарай сағат тілімен ағып жатқан мұхит ағымы – Антарктиканың айналасында сағат тілімен (Оңтүстік полюстен қарағанда) батыстан шығысқа қарай ағып жатқан мұхит ағымы. Бұл ағысқа тағы бір атау – Батыс желдерінің ағысы. Антарктикалық айналмалы ағын (ААА) Оңтүстік мұхитының ең басты айналымдық ерекшелігі болып табылады және оның орташа көлемі 100–150 Свердрупқа (Sv, миллион м³/с) жетеді, тіпті одан да көп болуы мүмкін, бұл оны ең ірі мұхит ағыны етеді. Ағынның айналмалы болу себебі – Антарктикамен байланысқан құрлықтың жоқтығы. Осының арқасында жылы мұхит сулары Антарктикадан алыс қалып, континенттің үлкен мұздық қабатын сақтауға мүмкіндік береді. Айналмалы ағынмен байланысты Антарктикалық конвергенция аймағы бар, онда суық Антарктика сулары жылы субантарктикалық сулармен қосылып, ағынның жоғарылаған аймағын құрайды. Бұл фитопланктонның, копеподтардың және крилдің жоғары деңгейін қамтамасыз етеді, сондай-ақ балықтар, киттер, теңіз түлкілері, пингвиндер, альбатростар және басқа да көптеген түрлерді қолдайтын тағам тізбектеріне негіз болады. ААА ғасырлар бойы теңізшілерге белгілі. Ол батыстан шығысқа саяхатты қатты жылдамдатады, бірақ шығыстан батысқа қарай жүзуді өте қиын жасайды, бірақ бұл көбінесе батыстан соққан желдерге байланысты. Джек Лондонның «Батысқа қарай бет алу» әңгімесі және «Баунти» кемесіндегі бүлік алдындағы жағдайлар Нью-Йорктен Калифорнияға дейінгі клиперлік кеме жолымен Хорн мүйісін батысқа қарай айналып өтуге тырысқан теңізшілерге туындаған қиындықтарды көрсетеді. Шығыс бағытындағы клиперлік жол – әлемдегі ең жылдам теңіз жолы, ол ААА арқылы үш континенттік мүйістің айналасынан өтеді: Агульхас мүйісі (Африка), Оңтүстік-Шығыс мүйісі (Австралия) және Хорн мүйісі (Оңтүстік Америка). Ағын Росс және Уэдделл айналымдарын құрайды.
Antarctic Circumpolar Current (ACC) is an ocean current that flows clockwise (as seen from the South Pole) from west to east around Antarctica. An alternative name for the ACC is the West Wind Drift. The ACC is the dominant circulation feature of the Southern Ocean and has a mean transport estimated at 100–150 Sverdrups (Sv, million m3/s), or possibly even higher, making it the largest ocean current. The current is circumpolar due to the lack of any landmass connecting with Antarctica and this keeps warm ocean waters away from Antarctica, enabling that continent to maintain its huge ice sheet. Associated with the Circumpolar Current is the Antarctic Convergence, where the cold Antarctic waters meet the warmer waters of the subantarctic, creating a zone of upwelling nutrients. These nurture high levels of phytoplankton with associated copepods and krill, and resultant food chains supporting fish, whales, seals, penguins, albatrosses, and a wealth of other species. The ACC has been known to sailors for centuries; it greatly speeds up any travel from west to east, but makes sailing extremely difficult from east to west, although this is mostly due to the prevailing westerly winds. Jack London's story "Make Westing" and the circumstances preceding the mutiny on the Bounty poignantly illustrate the difficulty it caused for mariners seeking to round Cape Horn westbound on the clipper ship route from New York to California. The eastbound clipper route, which is the fastest sailing route around the world, follows the ACC around three continental capes – Cape Agulhas (Africa), South East Cape (Australia), and Cape Horn (South America). The current creates the Ross and Weddell gyres.
Құрылымы
АТК Атлант, Тынық және Үнді мұхиттарын байланыстырады және олардың арасындағы маңызды алмасу жолы болып табылады. Ағын жер бедері мен тереңдік сипаттамаларымен күшті шектеледі. Оны Оңтүстік Америкадан кездейсоқ бастасақ, ол Оңтүстік Америка мен Антарктика түбегі арасындағы Дрейк бұғазы арқылы ағып өтеді, содан кейін Скотия аркасы оны шығысқа қарай екіге бөледі: бір тармағы Фолкленд ағысымен солтүстікке қарай жылы сулармен ағады, ал екінші, терең тармағы Арка арқылы шығысқа қарай өтіп, содан кейін де солтүстікке бұрылады. Үнді мұхитынан өтетін ағын алдымен Агульхас ағымын кері бұрып, Агульхас қайту ағысын қалыптастырады, бірақ Кергелен платосымен бөлінеді, сосын қайтадан солтүстікке қарай жылжиды. Тынық мұхитының оңтүстік-шығысындағы орта теңіз жотасынан өткенде де бұрылу байқалады.
Алдыңғы жақтары
Ағым үш фронтпен бірге жүреді: Субантарктикалық фронт (SAF), Полярлық фронт (PF) және Оңтүстік ACC фронты (SACC). Сонымен қатар, Оңтүстік мұхитының сулары жылы және тұзды субтропикалық сулардан субтропикалық фронт (STF) арқылы бөлінген. ACC-нің солтүстік шекарасы SAF-тің солтүстік жиегімен анықталады, бұл Дрейк бұғазы арқылы өтетін ең солтүстік су және демек, циркумполярлы болып табылады. ACC көлігінің көп бөлігі осы фронт арқылы жүзеге асырылады, ол температураның тығыздық қабатталуына басымдық жасайтын жағдайда, жер асты тұздылығының ең төменгі деңгейі немесе қабатталмаған Субантарктикалық су режимінің қалың қабаты алғаш рет пайда болатын ендік ретінде анықталады. Одан оңтүстікке қарай орналасқан ПФ, өте суық, салыстырмалы түрде тұщы, Антарктика беттік суына өтумен сипатталады. Мұнда температураның төмендеуіне байланысты тұздылық тығыздық қабатталуына басымдық жасайды. Тағы да оңтүстікке қарай SACC орналасқан, ол Циркумполярлық терең судың ең оңтүстік шегі ретінде анықталады (400 м тереңдікте шамамен 2°C температура). Бұл су массасы Антарктика түбегінің батыс жағалауының шельфі бойымен ағып, Дрейк бұғазы арқылы өтетін ең оңтүстік суды белгілейді, демек циркумполярлы. Көліктің басым бөлігі ортаңғы екі фронт арқылы жүзеге асырылады. Дрейк бұғазындағы ACC-нің жалпы көлігі шамамен 135 Sv, яғни әлемдегі барлық өзендердің көлігінен 135 есе көп деп есептеледі. Үнді мұхитында ағынға салыстырмалы түрде аз үлестік қосылады, Тасманияның оңтүстігінде көлік шамамен 147 Sv-қа жетеді, осы кезде ағым планетадағы ең ірі ағын болуы мүмкін.
Динамикасы
Оңтүстік мұхитының ендіктеріндегі күшті батыс желдері циркумполярлық ағымды қозғалтады. Материктер бар ендіктерде желдің соғуы жер бетіндегі жеңіл суды осы материктерге қарсы жинақтап қана қоймайды. Бірақ Оңтүстік мұхитында жер бетіндегі суларға берілген күшті осылайша теңестіру мүмкін емес. Циркумполярлық ағым желдің күшін қалай теңестіретіні туралы әртүрлі теориялар бар. Желдің күшейе түсетін шығысқа қарайғы күші Кориолис күшінің нәтижесінде су массаларының Жер осінен (яғни, солтүстікке қарай) сыртқа қарай итерілуіне себеп болады. Бұл солтүстікке қарайғы Экман тасымалы оңтүстікке қарайғы, қысыммен басқарылатын ағынмен теңгеріледі. Кейбір теориялар осы ағындарды тікелей байланыстырады, яғни Оңтүстік мұхитындағы тығыз терең сулардың жоғары көтерілуі, осы сулардың жеңіл беттік суларға айналуы және сулардың солтүстікке қарай кері өзгерістері бар екенін көрсетеді. Мұндай теориялар циркумполярлық ағымның күшін жаһандық термохалиндік айналыммен, әсіресе Солтүстік Атлантиканың қасиеттерімен байланыстырады. Океандағы айналымдар, атмосфералық дауылдардың теңдесі немесе циркумполярлық ағымның кең ауқымды бұрылыстары су бағанасында күшті тікелей төмен қарай тасымалдауы мүмкін. Өйткені мұндай ағындар тығыздықтың өзгеруін қажет етпей, ойыстарда оңтүстікке қарайғы, ал қырқалардың үстінде солтүстікке қарайғы ағынды қамтамасыз етеді. Іс жүзінде термохалиндік және айналымдық/бұрылыстық механизмдердің екеуі де маңызды болуы мүмкін. Ағын шамамен Жаңа Зеландияның оңтүстігіндегі Маккуарри қырқасынан өтеді. Циркумполярлық ағым уақыт өте келе өзгеріп отырады. Мұның дәлелі – Антарктика циркумполярлық толқыны, ол оңтүстік жарты шардың климатына әсер ететін кезеңдік тербеліс. Сонымен қатар, Антарктика осцилляциясы бар, ол Антарктика желдерінің орны мен күшінің өзгеруін қамтиды. Антарктика осцилляциясының тенденциялары соңғы екі онжылдықта циркумполярлық ағымның күшеюіне себеп болуы мүмкін деген гипотеза бар.
Құрылу
Антарктикалық циркумполярлық ағымның басталуы туралы жарияланған бағалаулар әртүрлі, бірақ ол көбінесе эоцен/олигоцен шекарасында басталған деп есептеледі. Антарктиканың оқшаулануы және АҚА-ның (Антарктикалық циркумполярлық ағымның) қалыптасуы Тасманиялық және Дрейк бұғаздарының ашылуымен жүзеге асты. Тасмания теңіз жолы Шығыс Антарктида мен Австралияны бөліп тұрады және 33,5 миллион жыл бұрын (млн ж.) су айналымына ашылғаны хабарланады. Оңтүстік Америка мен Антарктида түбегі арасындағы Дрейк бұғазының ашылу уақыты көбірек дау тудырады; тектоникалық және шөгінділік деректер оның 34 млн жыл бұрын ашылуы мүмкін екенін көрсетеді, Дрейк бұғазының ашылу мерзімі 20 мен 40 млн жыл аралығында бағаланады. Көптеген зерттеушілер Антарктиканы ағынмен оқшаулауды Антарктиданың мұздануына және эоцен дәуіріндегі жаһандық суынуға себеп болған фактор деп санайды. Мұхиттық модельдер осы екі бұғаздың ашылуы полярлық жылудың шоғырлануын шектегенін және теңіз беті температурасының бірнеше градусқа төмендеуіне әкелгенін көрсетті; басқа модельдер CO2 деңгейінің де Антарктиданың мұздануында маңызды рөл атқарғанын көрсетті.
Фитопланктон
Антарктика теңіз мұзы маусымдық циклмен өзгереді, ақпан-наурыз айларында мұздың мөлшері ең төменгі деңгейге жетеді, ал тамыз-қыркүйек айларында мұз ең көпке жетеді. Мұз деңгейі 1973 жылдан бері спутниктер арқылы бақыланады. Теңіз мұзының астындағы терең судың жоғары көтерілуі мол мөлшердегі қоректік заттарды әкеледі. Мұз еріген кезде, еріген су тұрақтылықты қамтамасыз етеді және сыни тереңдік араласу тереңдігінен төмен болады, бұл оң жақ таза біріншілік өндіріске мүмкіндік береді. Теңіз мұзы шегінуіне байланысты гүлденудің алғашқы кезеңінде эпонтикалық балдырлар басымдық танытады, ал мұз ерігеннен кейін оңтүстікке қарай диатомалар басым болады. Аймақтағы биологияның көп бөлігі ағынның негізгі фронттарында – субтропикалық, субантарктикалық және Антарктикалық полярлық фронттарында кездеседі, бұл температураның анық өзгеруімен байланысты аймақтар. Фитопланктонның мөлшері мен таралуы да фронттармен байланысты. Микрофитопланктон (>20 мкм) фронттарда және теңіз мұзының шекараларында, ал нанофитопланктон (<20 мкм) фронттар арасында табылса, Оңтүстік теңіздегі фитопланктон қорының зерттеулері Антарктика айналасында диатомалардың басым екенін, ал Уэдделл теңізінде коколитофоридтер мен силикофлагелляттардың көп екенін көрсетті. Оңтүстік-батыс Үнді мұхитындағы зерттеулер полярлық фронтқа қатысты орналасуына байланысты фитопланктондық топтардың әртүрлілігін көрсетті, фронттың оңтүстігінде диатомалар басым, ал фронттың солтүстігінде динофлагелляттар мен флагелляттардың саны жоғары.
Зерттеулер
2008 жылдың мамыр айында 19 ғалымнан тұратын экспедиция Оңтүстік мұхиттың климат өзгеруінің әсерін зерттеу мақсатында сегіз Маккуори Ридж теңіз тауларының геологиясы мен биологиясын, сондай-ақ Антарктика айналмалы ағысын зерттеді. Бұл ағым Атлант, Үнді және Тынық мұхиттарының суларын біріктіріп, әлемдегі барлық өзендердегі су көлемінен 150 есе артық су тасымалдайды. Зерттеу көрсеткендей, осы ағынмен қоректенетін суық су коралдарына келтірілген кез келген зиян ұзақ мерзімді салдарға әкеледі. Бұл құбылыс жақында "глобал экстратропикалық циркуляцияның ≈10^4 километрлік спектрлік шыңы" деп сипатталды. Ағым Эрнест Шеклтонның «Endurance» кемесі сияқты нысандарға ағаш бұрғылайтын «кеме құрттарының» жетіп кетуіне кедері келтіре отырып, ағаштан жасалған кемелердің қалдықтарын сақтауға көмектеседі.