Соляные пальцы существенно способствуют диапикналенному переносу кислорода в зону кислородного минимума восточной части Южной Пацифики

Почему важны скрытые кислородные пустыни океана

Глубоко под освещённой солнцем поверхностью океана лежат обширные «зоны кислородного минимума» — слои воды, где кислорода так мало, что многим животным трудно выживать. Эти скрытые пустыни расширяются по мере потепления климата, угрожая рыболовству, морскому биоразнообразию и химии морей. В исследовании рассматривается недооценённый процесс, известный как соляное перыхание, который незаметно помогает доставлять свежий кислород в один из крупнейших в мире регионов с низким содержанием кислорода у побережья Перу и Чили, проливая свет на то, как эти уязвимые среды могут измениться в будущем.

Глубокий пласт воды с низким содержанием кислорода

Восточная часть Южной Пацифики содержит одну из самых обширных зон кислородного минимума на планете. Поддерживаемая продуктивным прибрежным апвеллингом, поверхностные воды изобилуют жизнью, но когда органическое вещество оседает и разлагается, оно потребляет кислород в глубине. На глубинах примерно от 100 до 450 метров концентрация кислорода падает до гипоксичных или практически нулевых значений, формируя толстый, удушливый слой. Эта зона зажата между хорошо вентилируемыми водами сверху и снизу, поэтому её содержание кислорода зависит от того, насколько эффективно смешивание переносит кислород через её резкую верхнюю границу и более постепенную нижнюю границу.

Слои разных вод создают предпосылки

У берегов центрального Чили три водные массы накладываются друг на друга, создавая сильные контрасты температуры и солёности. Ближе к поверхности лежат относительно пресные, хорошо насышенные кислородом воды. Под ними располагается экваториальная подповерхностная водная масса, необычно солёная и очень бедная кислородом, образующая ядро зоны кислородного минимума. Глубже протекает холодная, более пресная антарктическая промежуточная вода с заметно большим содержанием кислорода. Там, где эти слои встречаются, их различия в тепловых и солёностных свойствах делают водный столб неустойчивым в тонких формах, подготавливая почву для особого типа смешивания, называемого двойной диффузией.

Соляные пальцы: крошечные структуры с большим эффектом

Двойная диффузия возникает потому, что тепло и соль диффундируют с разной молекулярной скоростью. Когда тёплая, солёная вода лежит над более прохладной, пресной, тепло уходит вниз быстрее, чем соль. Это вызывает образование узких нисходящих потоков солёной воды — «соляных пальцев», — в то время как более холодная, пресная вода поднимается между ними. Используя чувствительные микроструктурные профайлеры, стандартные профили температуры–солёности–кислорода и течёкомеры во время трёх экспедиций с 2020 по 2022 годы, исследователи измерили турбулентность и мелкомасштабную структуру водного столба у южной границы зоны кислородного минимума. Они обнаружили, что чуть ниже ядра с низким содержанием кислорода условия большую часть времени благоприятствуют активности соляных пальцев, и вызванное ими смешивание может быть на один–два порядка величины сильнее обычной сдвиговой турбулентности в этом районе.

Сравнение верхнего и нижнего притоков кислорода

У верхней границы зоны кислородного минимума сильные вертикальные градиенты кислорода делают этот интерфейс естественными воротами для вентилирования сверху. Однако вода там сильно стратифицирована, что подавляет турбулентное смешивание и поддерживает низкие диффузивности. Напротив, нижняя граница, где происходят соляные пальцы, характеризуется более плавными градиентами кислорода, но существенно более высокими эффективными диффузивностями. Когда команда объединила свои измерения турбулентности с профилями кислорода, они обнаружили, что восходящий поток кислорода снизу часто сравним и иногда даже соперничает с нисходящим потоком сверху. В некоторые периоды смешивание, вызванное соляными пальцами через нижнюю границу, обеспечивало более двух третей общего вертикального перемешивания, что означает: этот тонкий процесс играет ключевую роль в поддержании того кислорода, который присутствует внутри слоя с низким содержанием кислорода.

Что это означает для меняющегося океана

Результаты опровергают упрощённое представление о том, что зоны кислородного минимума вентилируются в основном сверху. Вместо этого они показывают, что устойчивое соляное перемешивание в глубине может обеспечивать стабильный, снизу вверх приток кислорода, сопоставимый с верхним притоком или превосходящий его. Поскольку температурно-солёностная структура, запускающая соляное перыхание, кажется устойчивой на больших участках восточной части Южной Пацифики, этот механизм, вероятно, действует на широких пространствах и длительных временных масштабах, а похожие условия встречаются и в других системах апвеллинга по всему миру. Точное прогнозирование того, как эти бедные кислородом зоны будут расширяться или сокращаться в условиях потепления и деоксигенации океана, потребует включения соляных пальцев и других тонкомасштабных процессов смешивания в климатические и океанические модели — а не только более привычных форм турбулентности у поверхности.

Цитирование: Pinto-Juica, M., Pizarro, O., Rodríguez-Santana, Á. et al. Salt fingers contribute substantially to diapycnal oxygen transport into the oxygen minimum zone of the eastern South Pacific. Commun Earth Environ 7, 175 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03194-8

Ключевые слова: зоны кислородного минимума, соляное перыхание, перемешивание океана, восточная часть Южной Пацифики, деоксигенация океана