Введение

Океанский поток, который течет по часовой стрелке с запада на восток вокруг Антарктики. Антарктический кругополярный поток (ACC) – это океанский поток, который течет по часовой стрелке (если смотреть с Южного полюса) с запада на восток вокруг Антарктики. Альтернативное название ACC – Западное ветровое течение. ACC является доминирующей особенностью циркуляции в Южном океане и имеет средний транспорт, оцениваемый в 100–150 Свердрупов (Св, миллионов м³/с), или, возможно, даже выше, что делает его самым крупным океаническим течением. Течение является циркумполярным из-за отсутствия каких-либо сухопутных связей с Антарктидой, что не позволяет теплым океаническим водам достигать Антарктиды и позволяет континенту сохранять свой огромный ледяной щит. С кругополярным течением связана Антарктическая конвергенция, где холодные антарктические воды встречаются с более теплыми водами субантарктики, образуя зону подъема питательных веществ. Эти вещества поддерживают высокую концентрацию фитопланктона, а также копепод и криля, формируя пищевые цепи, обеспечивающие существование рыб, китов, тюленей, пингвинов, альбатросов и множества других видов. Моряки знали об ACC на протяжении веков: он значительно ускоряет плавание с запада на восток, но делает плавание с востока на запад чрезвычайно трудным, хотя это в основном связано с преобладающими западными ветрами. История Джека Лондона «Западный курс» и обстоятельства, предшествовавшие мятежу на «Баунти», наглядно демонстрируют трудности, с которыми сталкивались моряки, пытавшиеся обойти мыс Горн в западном направлении по маршруту клиперов из Нью-Йорка в Калифорнию. Восточный маршрут клиперов, являющийся самым быстрым парусным маршрутом в мире, следует за ACC вокруг трех континентальных мысов: мыса Агульяс (Африка), Юго-Восточного мыса (Австралия) и мыса Горн (Южная Америка). Течение формирует Россово и Ведделлово круговороты.

Структура

АТК соединяет Атлантический, Тихий и Индийский океаны и является основным путем обмена между ними. Течение сильно ограничено особенностями рельефа дна и батиметрией. Если проследить его, начиная произвольно от Южной Америки, оно проходит через пролив Дрейка между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом, а затем разделяется дугой Скотия на восток: поверхностная теплая ветвь направляется на север в составе Фолклендского течения, а более глубокая ветвь проходит через дугу восточнее и также поворачивает на север. Проходя через Индийский океан, течение сначала вызывает ретрофлексию Течения Агульяс, формируя Течение Агульяс Возвратное, прежде чем быть разделенным плато Кергелен, после чего вновь движется на север. Отклонение также наблюдается при прохождении над срединно-океаническим хребтом в юго-восточной части Тихого океана.

Фронты

Течение сопровождается тремя фронтами: Субантарктическим фронтом (SAF), Полярным фронтом (PF) и Южным фронтом ACC (SACC). Кроме того, воды Южного океана отделены от более теплых и соленых субтропических вод субтропическим фронтом (STF). Северная граница ACC определяется северной границей SAF, являясь самой северной водой, проходящей через пролив Дрейка и, следовательно, циркумполярной. Большая часть переноса ACC осуществляется этим фронтом, который определяется как широта, на которой впервые появляется подповерхностный минимум солености или мощный слой нерасслоенной субантарктической воды, что обусловлено доминированием температуры в стратификации плотности. Еще южнее располагается PF, который характеризуется переходом к очень холодной, относительно пресной антарктической поверхностной воде. Здесь температурный минимум обусловлен доминированием солености в стратификации плотности из-за более низких температур. Еще южнее находится SACC, определяемый как южная граница распространения циркумполярных глубоких вод (температура около 2 °C на глубине 400 м). Эта водная масса течет вдоль бровки шельфа Западной Антарктиды и, таким образом, отмечает самую южную воду, проходящую через пролив Дрейка и, следовательно, циркумполярную. Основной перенос осуществляется в средних двух фронтах. Общий перенос ACC в проливе Дрейка оценивается примерно в 135 Св, что примерно в 135 раз превышает суммарный перенос всех рек мира. В Индийском океане наблюдается относительно небольшое увеличение потока, при этом перенос к югу от Тасмании достигает около 147 Св, в этот момент течение, вероятно, является самым мощным на планете.

Динамика

Циркумполярный поток обусловлен сильными западными ветрами в широтах Южного океана. В широтах, где расположены континенты, ветры, воздействующие на поверхностные воды, могут просто нагонять эти воды к континентам. Однако в Южном океане импульс, передаваемый поверхностным водам, не может быть скомпенсирован таким образом. Существуют различные теории относительно того, как циркумполярный поток уравновешивает импульс, передаваемый ветрами. Увеличивающийся импульс, направленный на восток, передаваемый ветрами, заставляет водные массы дрейфовать от оси вращения Земли (то есть на север) под действием силы Кориолиса. Этот северный экмановский транспорт уравновешивается южным потоком, обусловленным градиентом давления, ниже глубины основных хребтовых систем. Некоторые теории связывают эти потоки напрямую, предполагая, что в Южном океане происходит значительный апвеллинг плотных глубоких вод, трансформация этих вод в легкие поверхностные воды и обратная трансформация вод в северном направлении. Такие теории связывают интенсивность циркумполярного течения с глобальной термохалиновой циркуляцией, в частности, со свойствами Северной Атлантики. В качестве альтернативы, океанические вихри – океанский аналог атмосферных штормов – или крупномасштабные меандры циркумполярного течения могут непосредственно переносить импульс вниз по толще воды. Это происходит потому, что такие потоки могут создавать чистый южный поток в ложбинах и чистый северный поток над хребтами без необходимости изменения плотности. На практике, как термохалиновый, так и вихревой/меандрический механизмы, вероятно, играют важную роль. Течение протекает со скоростью около над хребтом Маккуори к югу от Новой Зеландии. Антарктический циркумполярный поток изменяется во времени. Доказательством этого является Антарктическая циркумполярная волна – периодическое колебание, влияющее на климат большей части южного полушария. Существует также Антарктическое колебание, связанное с изменениями в местоположении и силе антарктических ветров. Считается, что тенденции в Антарктическом колебании объясняют увеличение переноса циркумполярного течения за последние два десятилетия.

Формирование

Опубликованные оценки времени возникновения Антарктического циркумполярного течения различаются, но обычно считается, что оно сформировалось на границе эоцена и олигоцена. Изоляция Антарктиды и образование АКТ произошли при открытии Тасманского и Дрейковского проходов. Тасманский пролив отделяет Восточную Антарктиду и Австралию и, по данным исследований, открылся для водной циркуляции 33,5 миллиона лет назад (млн лет). Время открытия Дрейковского прохода между Южной Америкой и Антарктическим полуостровом является предметом споров; тектонические и осадочные данные свидетельствуют о том, что он мог быть открыт еще до 34 млн лет назад, при этом оценки времени открытия Дрейковского прохода варьируются от 20 до 40 млн лет назад. Многие исследователи считают, что изоляция Антарктиды этим течением привела к оледенению Антарктиды и глобальному похолоданию в эоцене. Океанические модели показали, что открытие этих двух проходов ограничило сходимость полярного тепла и вызвало снижение температуры поверхности моря на несколько градусов; другие модели указывают на то, что уровень CO2 также сыграл важную роль в оледенении Антарктиды.

Фитопланктон

Антарктический морской лед циклически меняется в зависимости от сезона: наименьшее количество льда наблюдается в феврале-марте, а максимальное – в августе-сентябре. Наблюдения за уровнем льда с помощью спутников ведутся с 1973 года. Подъем глубинных вод под морским льдом приносит значительное количество питательных веществ. При таянии льда талая вода обеспечивает стабильность, а критическая глубина значительно ниже глубины перемешивания, что способствует положительному чистому первичному производству. По мере отступления морского льда эпонтические водоросли преобладают на первой фазе цветения, за которой следует интенсивное цветение, доминирующее по составу диатомовых водорослей, распространяющееся вслед за таянием льда к югу. Большая часть биологической активности в этом районе сосредоточена вдоль основных фронтов течений – субтропического, субантарктического и антарктического полярного фронтов, которые характеризуются четко выраженными изменениями температуры. Размер и распределение фитопланктона также связаны с фронтами. Микрофитопланктон (>20 мкм) встречается на фронтах и по краям морского льда, а нанофитопланктон (<20 мкм) – между фронтами. Исследования запасов фитопланктона в Южном океане показали, что в Антарктическом циркумполярном течении преобладают диатомовые водоросли, а в море Уэдделла обильны коколитофориды и силикофлагеляты. Обследования юго-западной части Индийского океана выявили различия в группах фитопланктона в зависимости от их местоположения относительно Полярного фронта: к югу от фронта доминируют диатомовые водоросли, а к северу от него – динофлагелляты и жгутиковые.

Исследования

В мае 2008 года экспедиция из 19 ученых изучала геологию и биологию восьми подводных гор хребта Маккуори-Ридж, а также Антарктическое циркумполярное течение, чтобы исследовать влияние изменения климата на Южный океан. Циркумполярное течение объединяет воды Атлантического, Индийского и Тихого океанов и несет до 150 раз больше воды, чем во всех реках мира вместе взятых. Исследование показало, что любой ущерб холодным коралловым рифам, зависящим от этого течения, будет иметь длительные последствия. Недавно этот феномен был охарактеризован как "спектральный максимум глобальной внетропической циркуляции на расстоянии около 10^4 километров". Течение способствует сохранению затонувших деревянных кораблей, препятствуя распространению древоточащих моллюсков ("корабельных червей") к таким объектам, как корабль Эрнеста Шеклтона "Эндьюранс".