Введение
Северное океанское течение на западной стороне Северного Тихого океана
Северное океанское течение, также известное как Куросио или Чёрное течение, — это северное, тёплое океанское течение на западной стороне бассейна Северного Тихого океана. Оно получило своё название из-за тёмно-синего цвета своих вод. Подобно Гольфстриму в Северной Атлантике, Куросио является мощным западным пограничным течением, которое переносит тёплые экваториальные воды в сторону полюса и формирует западную часть Северо-Тихоокеанского субтропического вихря. У восточного побережья Японии оно сливается с течением Оясио, образуя Северо-Тихоокеанское течение. Течение Куросио оказывает значительное влияние на физические и биологические процессы в Северном Тихом океане, включая перенос питательных веществ и осадочных пород, основные пути тихоокеанских штормов, региональный климат и формирование тихоокеанских вод. Кроме того, значительный перенос питательных веществ создаёт биологически богатый экорегион, поддерживающий важную рыбную промышленность и разнообразные морские пищевые сети. Например, в Южно-Китайском море верхние воды характеризуются относительно низкой концентрацией питательных веществ, но биологическая продуктивность повышается благодаря поступлению вод из Куросио. Продолжающиеся исследования, посвящённые реакции течения Куросио на изменение климата, предсказывают усиление поверхностных потоков этого западного пограничного течения, что контрастирует с прогнозируемыми изменениями в Гольфстриме Атлантического океана.
Физические свойства
Куросио – относительно теплое океанское течение со средней годовой температурой поверхности моря около 24 °C (75 °F), приблизительной шириной и часто генерирующее мелкие и мезомасштабные вихри. Куросио берет начало из Тихоокеанского Северо-Экваториального течения, которое у восточного побережья Лусона (Филиппины) разделяется на два потока: текущее на юг – Минданао и более значительное, текущее на север – Куросио. К востоку от Тайваня Куросио входит в Японское море через глубокое понижение в цепи островов Рюкю, известное как депрессия Йонагуни. Затем Куросио продолжает движение на север, параллельно островам Рюкю, следуя по самой глубокой части Японского моря – Окинавской впадине, прежде чем покинуть Японское море и вновь войти в Тихий океан через пролив Токара. После этого течение омывает южную окраину Японии, значительно извиваясь. На полуострове Босо Куросио окончательно отделяется от японского побережья и направляется на восток, образуя Протяжение Куросио. Куросио является тихоокеанским аналогом Гольфстрима в Атлантическом океане, переносящим теплые тропические воды на север, в сторону полярных регионов. Соответствующими течениями Куросио, связанными с Северо-Тихоокеанским круговоротом, являются: Северо-Тихоокеанское течение, текущее на восток, Калифорнийское течение, текущее на юг, и Северо-Экваториальное течение, текущее на запад. Теплые воды Куросио поддерживают коралловые рифы Японии – самые северные в мире. Часть Куросио, ответвляющаяся в Японское море, называется течением Цусима (対馬海流). Подобно Гольфстриму в Атлантическом океане, Куросио создает теплые температуры поверхности океана и значительную влажность в атмосфере в западной части Тихоокеанского бассейна, тем самым формируя и поддерживая тропические циклоны. Тропические циклоны, также известные как тайфуны, образуются при сочетании атмосферной нестабильности, теплой температуры поверхности океана и влажного воздуха, питающих систему низкого давления в атмосфере. В западной части Северного Тихого океана ежегодно формируется в среднем 25 тайфунов. Большинство тайфунов приходится на период с июля по октябрь, в летние месяцы северного полушария.
Интенсивность (транспорт) Куросио меняется вдоль его пути и в зависимости от сезона. В Японском море наблюдения показывают, что транспорт Куросио относительно стабилен и составляет около 25 Св (25 миллионов кубических метров в секунду). Куросио значительно усиливается при повторном вхождении в Тихий океан, достигая 65 Св (65 миллионов кубических метров в секунду) к юго-востоку от Японии. Куросио разделяется на Протяжение Куросио и течение Цусима, поскольку потоки огибают Японские острова и воссоединяются; изменения в течении влияют на потоки других течений. Путь Куросио в геологическом прошлом мог быть иным, исходя из исторических уровней моря и батиметрии, однако в настоящее время существуют противоречивые научные данные. Предполагается, что более низкий уровень моря и тектонические процессы могли препятствовать проникновению Куросио в Японское море во время последнего ледникового периода, примерно 115 000 – 11 700 лет назад, и течение оставалось полностью в пределах Тихоокеанского бассейна. Однако другие прокси-данные и океанические модели предполагают, что путь Куросио оставался относительно неизменным, возможно, еще 700 000 лет назад.
Транспорт осадков
Величина течения Куросио и рельеф морского дна приводят к глубоководной эрозии и переносу осадочных пород в нескольких регионах. У побережья южного Тайваня, на плато Кентинга, эрозия, вероятно, вызвана сильными придонными течениями, скорость которых увеличивается по мере подъема на этом плато. Вода на дне ускоряется при движении с глубины 3500 м до глубины около 400–700 м. Увеличение скорости течения усиливает эрозию, обнажая Куросио-Кнолл – возвышенность размером 3 км × 7 км, имеющую форму боба, и расположенную на 60–70 м ниже уровня поверхности по сравнению с остальной частью плато, находящейся на глубине около 400–700 м. Различия в элементарном составе осадков из разных источников позволяют отслеживать источники осадков в пределах течения Куросио. Тайваньские осадки заметно содержат иллит и хлорит. Эти определяемые соединения были обнаружены по всей длине течения Куросио, вплоть до его ответвления через вторжение течения Куросио в Южно-Китайское море. Ответвление Куросио в Южно-Китайском море и циклонические вихри к западу от острова Лусон оказывают влияние на осадки Лусона и реки Жемчужной. Осадки Лусона, содержащие высокий уровень смектита, не могут перемещаться в северо-западном направлении. Осадки реки Жемчужной содержат высокий уровень каолинита и титана (Ti) и задерживаются над абиссальной впадиной между островом Хайнань и устьем реки Жемчужной. Биомасса планктона колеблется ежегодно и обычно достигает максимума в вихревой зоне на краю Куросио. Теплые кольца обычно не отличаются высокой продуктивностью. Однако есть данные о равномерном распределении биологической продуктивности по всем теплым кольцам, образованным течением Куросио, что поддерживается подъемом глубинных вод к поверхности и конвективным смешением, вызванным охлаждением поверхностных вод при движении колец к северу от течения. Термостад – это глубокий перемешанный слой с четкими границами и однородной температурой. Внутри этого слоя к поверхности поднимаются богатые питательными веществами воды, что вызывает всплеск первичной продукции. Поскольку температура воды в ядре кольца отличается от температуры шельфовых вод, иногда теплое кольцо переживает весеннее цветение, в то время как окружающие шельфовые воды – нет. В теплых кольцах происходит множество сложных взаимодействий, поэтому их общая продуктивность не сильно отличается от продуктивности окружающих шельфовых вод. Исследование 1998 года показало, что организмы, такие как фитопланктон и водоросли, используют эти вновь поступившие питательные вещества для роста. В 2003 году два тайфуна вызвали значительное перемешивание поверхностного слоя при прохождении через регион. Это перемешивание напрямую привело к двум событиям цветения водорослей в северо-западной части Тихого океана, которые негативно повлияли на Японию.
Distinct elemental characteristics of sediments from differing sources permits tracking sources of sediments within the Kuroshio. Taiwanese sediment notably contains illite and chlorite. These traceable compounds have been found all the way through the Kuroshio Current up into its branch through the Kuroshio Current Intrusion in the South China Sea. The South China Sea branch of the Kuroshio and the cyclonic eddy west of Luzon Island impact Luzon and Pearl River sediments. The Luzon sediment containing high levels of smectite is unable to travel northwestward. The Pearl River sediments contains high levels of kaolinite and titanium (Ti) and is trapped above the abyssal basin between Hainan Island and the Pearl River mouth. Plankton biomass fluctuates yearly and is typically highest in the eddy area of the Kuroshio's edge. Warm core rings are not known for having high productivity. However, there is evidence of equal distribution of biological productivity throughout the warm core rings from the Kuroshio Current, supported by the upwelling at the periphery and the convective mixing caused by the cooling of surface water as the rings move north of the current. The thermostad is the deep mixed layer that has discrete boundaries and uniform temperature. Within this layer, nutrient rich water is brought to the surface, which generates a burst of primary production. Given that the water in the core of a ring has a different temperature regime than the shelf waters, there are times when a warm core ring is undergoing its spring bloom while the surrounding shelf waters are not. There are many complex interactions within warm core rings and thus, lifetime productivity is not very different from the surrounding shelf water. A study from 1998 Organisms such as phytoplankton and algae use these newly introduced nutrients to grow. In 2003, two typhoons induced significant surface layer mixing as they passed through the region. This mixing directly produced two algal bloom events in the North Western Pacific Ocean that negatively affected Japan.
Транспорт питательных веществ
Течение Куросио считается потоком питательных веществ из-за высокого поступления питательных веществ из окружающих олиготрофных вод, с первичной продукцией от 150 до 300 граммов углерода на квадратный метр в год, согласно глобальным оценкам первичной продуктивности SeaWiFS. Течение переносит значительное количество питательных веществ для поддержания этой первичной продукции с континентального шельфа Восточно-Китайского моря в субарктическую часть Тихого океана. Максимальное значение хлорофилла наблюдается на определенной глубине. Питательные вещества поднимаются к поверхностным водам из более глубоких слоев там, где течение Куросио протекает над мелководными участками и подводными горами. Этот процесс происходит в Окинавской впадине и проливе Токара. Пролив Токара также характеризуется высокой циклонической активностью в месте прохождения течения Куросио. Это, в сочетании с эффектом Кориолиса, вызывает интенсивное апвеллинг вдоль континентального шельфа.
Фитопланктон
Фитопланктон отвечает за вышеупомянутые высокие показатели первичной продуктивности в этом течении. Теплая температура поверхности моря и низкая мутность в регионе приводят к более прозрачным водам, что обеспечивает более глубокое проникновение солнечного света и расширение эпипелагической зоны. Эти характеристики, в сочетании с меньшей доступностью питательных веществ в течении, хорошо соответствуют требованиям двух специфических цианобактерий: Prochlorococcus и Synechococcus. Прохлорококк является доминирующим видом пикофитопланктона в течении Куросио, и эти два вида могут отвечать за до половины фиксации [веществ] в общей фотической зоне течения Куросио. Во время этих явлений пыльные облака переносят и откладывают фосфаты и микроэлементы, которые впоследствии стимулируют рост как Prochlorococcus, так и Synechococcus, а также диатомовых водорослей. Эта фиксация азота поставляет ограничивающее питательное вещество (нитрат) другим фотоавтотрофам для роста и размножения. В то же время, в районах, испытывающих влияние апвеллинга с более высокой концентрацией питательных веществ и углерода, диатомовые водоросли играют важную роль в удалении углерода и азота из эвфотической зоны благодаря весу их "кремниевых оболочек" из кремнезема и их тенденции к оседанию.
Макрофлора
В водах Куросио и прилегающих к нему районах обитает по меньшей мере десять родов морских водорослей. Это явление подъема вод, вторжение течения Куросио через Лусонский пролив и Южно-Китайское море, а также летние муссоны, представляют собой слияние множества океанических вод различного происхождения. Эти зоны схождения вод и последующая циркуляция и перемешивание оказывают значительное влияние на перенос и распространение многих видов зоопланктона, что приводит к формированию более питательных, уникальных и разнообразных сообществ зоопланктона. Также сообщается о высоком разнообразии копепод в водах, прилегающих к течению Куросио. Два доминирующих вида копепод, C. sinicus и E. concinna, зимой переносятся течением в высоких концентрациях из Восточно-Китайского моря на север. Как и копеподы и диатомовые водоросли, туникаты, в частности салпы и долиолиды, также играют важную роль в биогеохимическом цикле и в пищевой сети Куросио. Сальпы переносят углерод в придонные воды региона с помощью богатых углеродом, быстро тонущих фекальных гранул и останков. Известно, что талиацеи (салпы и долиолиды) служат пищей для не менее чем 202 видов морских животных, однако было установлено, что их цветение может создавать неблагоприятные условия питания для пелагических рыб в этом регионе. Эти изменения влияют на пищевую цепь как ниже, так и выше этого трофического уровня, что может сказаться на миграции рыб, численности популяций рыб и крупных рыболовных промыслов. Течение Куросио оказывает влияние на несколько видов фораминифер, включая G. ruber и P. obliquiloculate. G. ruber обычно обитает в поверхностных водах, но был обнаружен на глубине 1000 метров вдоль течения Куросио. P. obliquiloculate обычно встречается на глубине от 25 до 100 м, однако был найден в глубоководном абиссальном бассейне (>1000 м). Распространение этих видов по сравнению с их обычной глубиной обитания, зафиксированной Gallagher (2015), демонстрирует способность этого вторжения и течения Куросио в целом перераспределять питательные вещества по вертикали. Важный рифообразующий коралл в этом районе, Heliopora coerulea, занесен в список находящихся под угрозой исчезновения из-за антропогенных факторов стресса, таких как: повышение температуры поверхности моря в результате изменения климата, закисление океана из-за антропогенных выбросов парниковых газов и рыболовство с применением динамита. Acropora japonica, Acropora secale и Acropora hyacinthus – еще три рифообразующих коралла в этом регионе. Эти виды используют симбиотические отношения с зооксантеллами, перидинином и пирроксантином в качестве источника каротиноидов. Течение Куросио контролирует схемы связи между коралловыми рифами (а также другими морскими организмами с личиночной стадией), перенося личинок с южных коралловых рифов к рифам ниже по течению вдоль дуги Рюкю.
Кальмар
Западные пограничные течения используются некоторыми видами кальмаров для быстрой и легкой транспортировки, позволяя взрослым кальмарам с минимальными затратами энергии достигать богатых северных кормовых угодий, в то время как яйца и личинки развиваются в теплых водах этих течений зимой. Японский летающий кальмар (Todarodes pacificus), например, имеет три популяции, размножающиеся зимой, летом и осенью. Зимняя нерестовая группа связана с течением Куросио, поскольку после нереста в январе-апреле в Восточно-Китайском море личинки и молодь перемещаются на север вместе с течением Куросио. Летом их выбрасывает к берегу, где они вылавливаются между островами Хонсю и Хоккайдо. Летнее нерестилище находится в другой части Восточно-Китайского моря, откуда личинки попадают в течение Цусима, текущее на север между островами Японии и материком. Далее это течение встречается с холодной прибрежной водой, текущей на юг, – течением Лиман. Популяция кальмаров, размножающаяся летом, традиционно встречается в районе границы между этими двумя течениями, поддерживая богатый промысел. Фактически, исследования показали, что годовой улов в Японии постепенно увеличивался с конца 1980-х годов, и предполагается, что изменение условий окружающей среды привело к перекрытию осенних и зимних нерестовых районов в проливе Цусима и вблизи островов Гото. Кроме того, расширяются зимние нерестовые площадки над континентальным шельфом и склоном в Восточно-Китайском море.
Рыба
В Куросио-Курэнте обитают тысячи видов рыб, населяющих богатые питательными веществами и разнообразные воды этого региона. Эта обширная биомасса формируется под влиянием повышенных темпов первичного производства, приводящих к большой биомассе на нижних трофических уровнях, что облегчается более теплыми местными океаническими и атмосферными условиями. К обитающим здесь рыбам относятся рифовые рыбы, такие как рыбы-кролики и попугаи, пелагические рыбы, такие как сардины, анчоусы, скумбрии и парусники, а также хищники высших трофических уровней, такие как акулы. Самки морских черепах используют транспортный потенциал течения для доступа к теплым гнездовым пляжам берегов Японии, а молодые особи зеленых и бисс черепах используют перенос течения для достижения вод вокруг Японии. Три вида китов одного рода (Balaenoptera) также используют этот богатый район в качестве кормовой базы, включая малого полосатика (Balaenoptera acutorostrata), сейваля (Balaenoptera borealis) и кита Брайда (Balaenoptera edeni). Яйца, личинки и молодь японской сардины и скумбрии служат основным источником пищи для усатых китов в этих районах. В высокопродуктивных регионах поглощение CO2 и захоронение углерода облегчаются мощным биологическим насосом. В менее продуктивной северной переходной зоне Куросио остается важным поглотителем CO2 благодаря его высокой растворимости. Район расширения Куросио классифицируется как сильнейший поглотитель атмосферного CO2 в Северной части Тихого океана. Это особенно заметно зимой, когда в районе Куросио-экстеншн поглощается большее количество CO2, произведенного в результате деятельности человека, чем летом. Это, вероятно, объясняется более низкими температурами, способствующими растворимости CO2 в морской воде. По мере того как уровень CO2 в атмосфере продолжает расти, увеличивается и поглощение CO2 в Куросио, что делает эту сезонность более выраженной.
Климатические последствия
Западные пограничные течения – неотъемлемая часть мирового климатического баланса. Течение Куросио играет важную роль в формировании регионального климата и погодных условий, главным образом за счет переноса теплых вод с более низких широт на север к западной границе Тихоокеанского бассейна. Как и другие западные пограничные течения в мире, Куросио подвержено сезонным изменениям, проявляющимся в колебаниях скорости течения, широты бифуркации и солености воды. Циркуляция в Тихом океане в значительной степени определяется этим переносом теплых и соленых вод на север вдоль западной границы, что одновременно формирует структуру западной части Северо-Тихоокеанского круговорота.
Формирование воды в режиме
Когда течение Куросио отделяется от экваториального течения и движется на север, теплая вода из теплого бассейна Западной части Тихого океана поступает в северо-западную часть Тихоокеанского бассейна. Основный тепловой поток в течении Куросио происходит через его продолжение (расширение Куросио) между 132° в.д. и 160° в.д. и от 30° с.ш. до 35° с.ш., в зависимости от широты, на которой продолжение отделяется от основного течения Куросио вдоль побережья Японии. Процесс поступления теплой воды в открытый океан играет важную роль в формировании вод субтропического режима в северной части Тихого океана и регулировании температуры поверхности моря, влияя на перенос влаги через западную часть Тихоокеанского бассейна. Воды субтропического режима в северной части Тихого океана формируются, когда воды продолжения Куросио теряют значительное количество тепла и влаги из-за холодных и сухих северных ветров в зимние месяцы северного полушария, образуя плотные, соленые поверхностные воды, склонные к опусканию и вызывающие конвекцию. Температурный диапазон опускающихся вод субтропического режима в северной части Тихого океана обычно составляет от 16 °C до 19 °C, однако точные температуры и глубины, на которые эти воды опускаются, ежегодно меняются в зависимости от эффективности переноса воды продолжением, что является функцией атмосферных и мезомасштабных вихревых условий.
Изменение климата
Изменение климата, в частности, в связи с повышением температуры поверхности моря и уменьшением солености, как ожидается, усилит поверхностное течение Куросио и других западных пограничных течений в Тихом океане.
Экономические соображения
Течение Куросио может быть полезно в качестве судоходного пути, поскольку движение по течению позволяет экономить время и топливо. Однако судам, идущим против течения, требуется больше времени и топлива для компенсации сопротивления воды. Течение Куросио поддерживает множество важных промыслов. Популяции японской скумбрии (макрели) являются одним из важнейших рыбохозяйственных ресурсов Японии, Кореи и Тайваня. По мере того как Куросио течет на северо-восток от северо-востока Тайваня вдоль склона шельфа Восточно-Китайского моря, оно переносит икру и личинок скумбрии к южной Японии и острову Хонсю. Эти личинки вылавливают и затем выращивают в аквакультуре до взрослого состояния, после чего их собирают. К другим важным промыслам относятся треска, сардина и анчоус. Вдоль течения Куросио также расположено множество развивающихся портовых городов. Хотя исторически известно, что Куросио поддерживает множество промыслов в месте встречи с течением Оясио, этот регион все еще восстанавливается после аварии на АЭС «Фукусима-Дайити». В 2011 году землетрясение магнитудой 9,0 вызвало разрушительное цунами. Это цунами затопило более 320 километров побережья Японии и резко изменило уровень моря в некоторых прибрежных районах на несколько метров. В результате погибло более 18 500 человек и произошла ядерная катастрофа на АЭС «Фукусима», в результате которой радиоцезий был выброшен в окружающие воды. Наиболее сильно пострадали местные водоемы, однако радиоцезий был перенесен до всего Северного Тихого океана Северо-Тихоокеанским течением, которое формируется при столкновении течений Куросио и Оясио. Местные рыболовецкие флоты потеряли более 90% своих судов и не смогли возобновить работу в течение года после аварии. Местная экономика стремится вернуться к уровню, существовавшему до цунами, но даже сейчас объемы вылова рыбы не достигли прежних показателей. В радиусе 10 км от места аварии вылов рыбы запрещен, а даже уловы за пределами этой зоны подлежат проверке на наличие радиоактивных веществ, что требует от рыболовства дополнительных затрат времени и средств. К 2014 году в Минамисанрику были восстановлены большая часть портовых сооружений и объектов аквакультуры города, а к 2018 году реконструкция ключевой инфраструктуры в префектурах Ивате и Мияги была почти завершена. В 2021 году местные японские рыболовецкие флоты выловили 5928 тонн морепродуктов стоимостью более 2,21 млрд иен (19,342 млн долларов США). При разработке управленческих практик необходимо учитывать защиту этих животных и признавать потенциальное экономическое воздействие на местное рыболовство.