Undersøgelse afslører oprindelsen af ​​havets bevægelse i Florida-strædet

Havstrømme kniber nogle gange af sektioner, der skaber cirkulære vandstrømme kaldet "hvirvler". Denne "whirlpool" bevægelse flytter næringsstoffer til vandoverfladen, spiller en væsentlig rolle i sundheden for Florida Keys koralrevs økosystem.

Ved at bruge en numerisk model, der simulerer havstrømme, forskere fra Florida Atlantic University's Harbour Branch Oceanographic Institute og samarbejdspartnere fra Alfred-Wegener-Institute i Tyskland og Institut Universitaire Europeen De La Mer/Laboratoire d'Océonographie Physique et Spatiale i Frankrig kaster lys over denne vigtige "havbevægelse. " De har udført en første af sin slags undersøgelse, der identificerer mekanismerne bag dannelsen af ​​sub-mesoscale hvirvler i Floridas Straits, som har væsentlige miljømæssige konsekvenser.

På trods af den hurtige strøm af Florida-strømmen, som flyder i Florida-strædet og forbinder løkkestrømmen i den Mexicanske Golf med Golfstrømmen i det vestlige Atlanterhav, hvirvler giver en mekanisme til tilbageholdelse af marine organismer såsom fisk og korallarver. Da de fanger det næringsrige vand i West Florida Shelf, de giver levesteder til mange rev og pelagiske arter i regionen Florida Keys Reef Track, hvilket opretholder den meget høje produktivitet i denne region.

I øvrigt, på trods af West Florida Shelfs tendens til at flyde over i Floridas strædet, dannelsen af ​​hvirvler giver en mekanisme, der begrænser transporten på tværs af hylde af næringsstoffyldt vand. Som resultat, dannelsen af ​​hvirvelstrømme standser eksporten af ​​West Florida Shelf-vandet på tværs af Florida-strædet, forhindrer begivenheder som rødt tidevand i at krydse over til Cuba eller Bahamas. Omvendt giftigt rødt tidevand, der kommer fra hylden, forbliver længere i nærheden af ​​Florida Keys Reef Tract-koralrevets økosystem, negativ indvirkning på økosystemets sundhed.

Disse små frontale hvirvler observeres ofte og præsenterer en bred vifte af tal, former, og størrelser, som antyder forskellige oprindelser og dannelsesmekanismer. Deres rejse gennem Florida-strædet er til tider præget af dannelsen og tilstedeværelsen af ​​mesoskala, men for det meste sub-mesoskala frontale hvirvler på den cykloniske side af strømmen.

Studiet, offentliggjort i Journal of Physical Oceanography , giver et omfattende overblik over og forståelse af strædets hældningsdynamik baseret på en realistisk to-vejs indlejret højopløsnings simulering af Regional Oceanic Modeling System (ROMS) af det sydlige Floridas oceaniske område. Den fulde tovejs-nesting muliggjorde interaktionen af ​​multiskala-dynamik på tværs af redegrænserne.

Resultaterne viste, at dannelsen af ​​de sub-mesoskala frontale hvirvler i Florida-strædet er forbundet med slyngningen af ​​Florida-strømmen, som består af svingningen af ​​den nuværende kernes afstand fra hylden. Når Florida Current-kernen skubbes op mod hylden, forskydningen på hylden øges, og sub-mesoscale frontale hvirvler kan dannes ved barotrop ustabilitet. Når denne stilling er afslappet, baroklinisk ustabilitet vil i stedet sandsynligvis danne hvirvler i sub-mesoskala. I modsætning til barotrop ustabilitet, som er klippedrevet, baroklinisk ustabilitet er drevet af ændringer i tæthedsanomalier.

"I Floridas stræde, der dannes hvirvler, der er mindre end deres slægtning i det åbne hav. De hvirvler, kaldet sub-mesoscale hvirvler, er almindelige og kan let observeres i havfarvebilleder, sagde Laurent Chérubin, Ph.D., seniorforfatter og forskningslektor, FAU Havneafdeling. "I modsætning til de større åbne hav hvirvler i mesoskala, de er ikke i geostrofisk balance, hvilket betyder, at deres cirkulation ikke opretholdes af balancen mellem trykgradienten og Coriolis-kræfterne. I stedet, nogle af frontale hvirvler i Florida-strædet er i gradient vindbalance, hvilket indikerer, at en tredje kraft, centrifugalkraften, er stor nok til at ændre den geostrofiske balance."

Florida-strømmen er en del af den vestlige gren af ​​det vinddrevne nordatlantiske anticyklon-gyre, som er intensiveret på den vestlige side af det nordatlantiske bassin i forhold til dens østlige side. Lignende typer strømme findes også på den vestlige side af havbassiner, såsom Agulhas-strømmen i det sydlige Indiske Ocean eller Kuroshio i det nordlige Stillehav. De kaldes grænsestrømme, fordi de rammer kontinentalsoklen og som sådan, de gennemgår en betydelig mængde friktion på havbunden. Denne friktion, som virker lodret og vandret på grænsestrømmen, bidrager til dannelsen af ​​et afklippet grænselag.

"Vores undersøgelse viser, at dette forskydningslag kan blive ustabilt og danne hvirvler. Denne proces er i virkeligheden en vej for spredning af vindenergi injiceret i havet. Derfor, i Florida-strædet, der dannes hvirvler, der er mindre end deres slægtning i det åbne hav, " sagde Chérubin.

Ud over hvirvler i sub-mesoskala dannet lokalt i Florida-strædet, der er indkommende strømhvirvler i mesoskala, der passerer i Florida-strædet, såsom Tortugas Gyre.

"Resultater fra vores forskning viser også, at mesoskala hvirvler kan klemmes på hylden og omdannes til sub-mesoscale hvirvler, når Florida-strømmen er i sin langvarige position eller forbliver relativt upåvirket, hvis Florida-strømmen trækkes tilbage fra hylden, " sagde Chérubin.