Полынья

Прибрежные полыньи формируются двумя основными процессами:

• Полынья чувствительного тепла образуется термодинамически и обычно возникает, когда тёплая вода поднимается и поддерживает температуру поверхностной воды на уровне или выше точки замерзания. Это снижает образование льда и может полностью его прекратить.
• Полынья скрытого тепла формируется под действием катабатических ветров, которые отгоняют лёд от фиксированной границы, такой как береговая линия, припай или ледяной мост. Полынья возникает первоначально, когда однолетний паковый лёд отгоняется от берега, оставляя участок открытой воды, в котором формируется новый лёд. Новый лёд также уносится ветром в сторону однолетнего пакового льда. Достигнув пакового льда, новый лёд присоединяется к нему. Этот процесс продолжается со временем. Полыньи скрытого тепла, таким образом, являются основным источником образования морского льда в Антарктиде^[6].

Полыньи скрытого тепла — это области интенсивного образования льда и, следовательно, возможные места образования плотных вод в полярных регионах. Высокие темпы образования льда в полыньях приводят к значительному отторжению рассола в поверхностные воды; солёная вода затем опускается вниз. Открытым остаётся вопрос, могут ли полыньи Арктики производить достаточно плотной воды, чтобы составлять значительную часть плотной воды, необходимой для поддержания термохалинной циркуляции.

Срединные полыньи формируются, когда над предрасположенными океанографическими районами возникают определённые атмосферные условия. Такие условия должны способствовать дрейфу льда в противоположных направлениях для открытия ледяного поля. Полярные циклоны — типичный атмосферный триггер для возникновения срединных полыней, поскольку циклональные ветры раздвигают лёд в противоположные стороны от центра циклона^[7]. Также холодные фронты, где встречаются потоки противоположных направлений, идеальны для образования срединной полыньи.

Антарктические придонные воды (AABW) — плотные воды с высокой солёностью, существующие в абиссальном слое Южного океана. Они играют важную роль в глобальной циркуляции вод. Прибрежные полыньи (полыньи скрытого тепла) являются источником AABW, поскольку отторжение рассола при образовании морского льда в этих полыньях увеличивает солёность морской воды, которая затем опускается на дно океана как AABW^[8][9]. Антарктические полыньи формируются, когда ледяные массы расходятся от берега и уносятся по ветру, создавая открытую область морской воды, которая затем замерзает с отторжением рассола, образуя новую массу льда^[8].

Некоторые полыньи, такие как Северная полынья между Канадой и Гренландией, возникают сезонно в одно и то же время и в одном и том же месте каждый год. Поскольку животные могут адаптировать свои жизненные стратегии к регулярности, полыньи имеют особое значение для экологических исследований. Зимой морские млекопитающие, такие как моржи, нарвалы и белухи, которые не мигрируют на юг, остаются в этих местах. Известно, что белые медведи способны проплывать до 65 км по открытой воде полыньи^[10].

Наличие открытой воды в иначе покрытой льдом области может привести к локальному цветению морских водорослей, также называемому цветением в полынье^[11]. Хотя водорослевые сообщества часто встречаются под морским льдом, как это видно по ледяным водорослям, скорость роста фитопланктона значительно выше в открытой воде полыньи^[12]. Основными факторами цветения в полынье являются солнечный свет и питательные вещества. В частности, отсутствие морского льда позволяет свету, необходимому для фотосинтеза, проникать глубже в воду и обеспечивать более интенсивный рост фитопланктона по сравнению с окружающими покрытыми льдом водами^[11]. Кроме того, образование полыньи обычно связано с апвеллингом, процессом, который поднимает богатую питательными веществами воду со дна океана к поверхности^[13]. Этот приток питательных веществ в сочетании с увеличением освещённости часто приводит к цветению в полынье^[11].

Полыньи, как правило, биологически более продуктивны из-за большего содержания фитопланктона по сравнению с окружающей водой. Поэтому, благодаря роли первичных продуцентов как основы морской пищевой сети, полыньи являются важным источником пищи для различных организмов, таких как рыбы, птицы и морские млекопитающие.

• В годы, когда полынья в море Росса не открывалась, наблюдалось увеличение смертности тюленей^[11] .
• В восточной Антарктиде 91 % колоний пингвинов Адели связаны с прибрежной полыньёй, причём размер полыньи часто коррелирует с размером колонии.
• Наличие полыней в проливе Мак-Мердо обеспечивает свободную ото льда зону, где пингвины могут кормиться, что напрямую влияет на выживание колонии пингвинов мыса Ройдс^[14].
• Вертикальный транспорт углерода (в виде морского снега) с поверхности на морское дно, связанный с цветением в полынье, обеспечивает питательные вещества, необходимые для поддержания богатства бентосных сообществ^[15].

Полыньи поддерживали человеческие популяции на протяжении истории. Например, Северная полынья, крупнейшая и наиболее биологически продуктивная арктическая полынья, служила важнейшим источником пищи в бесплодном регионе, что позволило существовать высокоширотным человеческим сообществам в этом районе на протяжении тысяч лет^[16]. Возможно, она являлась промежуточным пунктом для первых поселенцев Гренландии, когда они пересекали территорию нынешней северной Канады 4500 лет назад^[16]. Имеются свидетельства того, что на протяжении истории Северную полынью использовали тулинцы, инуиты, норманны и западные исследователи^[16]. В настоящее время Северная полынья обеспечивает существование самых северных городов Гренландии: Каанаака, Кекертата, Сависсивика и Сиорапалуака^[17].

В ходе экспедиций подводных лодок ВМС США к Северному полюсу в 1950-х и 1960-х годах существовали серьёзные опасения по поводу всплытия через толстый паковый лёд Арктического океана. В 1962 году USS Skate и USS Seadragon всплыли в одной и той же крупной полынье у Северного полюса для первой полярной встречи Атлантического флота США и Тихоокеанского флота США^[18].