Havsströmmar klämmer ibland av sektioner som skapar cirkulära vattenströmmar som kallas "virvlar". Denna "whirlpool"-rörelse flyttar näringsämnen till vattenytan, spelar en viktig roll för hälsan hos Florida Keys korallrevs ekosystem.

Med hjälp av en numerisk modell som simulerar havsströmmar, forskare från Florida Atlantic Universitys Harbour Branch Oceanographic Institute och medarbetare från Alfred-Wegener-Institute i Tyskland och Institut Universitaire Europeen De La Mer/Laboratoire d'Océonographie Physique et Spatiale i Frankrike kastar ljus över denna viktiga "havets rörelse. " De har genomfört en första i sitt slag studie som identifierar mekanismerna bakom bildandet av submesoskala virvlar i Floridasundet, som har viktiga miljökonsekvenser.

Trots det snabba flödet av Florida-strömmen, som flyter i Floridasundet och förbinder loopströmmen i Mexikanska golfen med golfströmmen i västra Atlanten, virvlar ger en mekanism för kvarhållande av marina organismer som fiskar och koralllarver. Eftersom de fångar upp det näringsrika vattnet på västra Florida-hyllan, de ger habitat åt många rev och pelagiska arter inom området Florida Keys Reef Track, vilket upprätthåller den mycket höga produktiviteten i denna region.

Dessutom, trots West Florida Shelfs tendens att svämma över i Floridasundet, bildningen av virvlar ger en mekanism som begränsar transporten över hyllorna av näringshaltigt vatten. Som ett resultat, bildandet av virvlar stoppar exporten av vattnen på västra Florida-hyllan över Floridasundet, förhindra händelser som röda tidvatten från att ta sig över till Kuba eller Bahamas. Omvänt, giftigt rött tidvatten som kommer från hyllan förblir längre i närheten av Florida Keys Reef Tract-korallrevs ekosystem, negativt påverkar ekosystemets hälsa.

Dessa småskaliga frontala virvlar observeras ofta och uppvisar en mängd olika nummer, former, och storlekar, som antyder olika ursprung och bildningsmekanismer. Deras resa genom Floridasundet kännetecknas vid tidpunkten av bildandet och närvaron av mesoskala, men mestadels sub-mesoskala frontala virvlar på den cykloniska sidan av strömmen.

Studien, publiceras i Journal of Physical Oceanography , ger en omfattande översikt och förståelse av hyllans dynamik i Floridasundet baserat på en realistisk tvåvägs kapslad högupplöst ROMS (Regional Oceanic Modeling System) simulering av södra Floridas oceaniska region. Den fullständiga tvåvägskapslingen möjliggjorde interaktionen av multiskalig dynamik över boets gränser.

Resultaten visade att bildandet av frontalvirvlarna i submesoskala i Floridasundet är förknippade med Floridaströmmens svallning, som består av svängningen av avståndet för den nuvarande kärnan från hyllan. När Florida Current-kärnan trycks upp mot hyllan, skjuvningen på hyllan ökar och frontala virvlar i submesoskala kan bildas av barotrop instabilitet. När denna position är avslappnad, baroklinisk instabilitet i stället kommer sannolikt att bilda virvlor i submesoskala. Till skillnad från barotropisk instabilitet, som är klippdriven, baroklinisk instabilitet drivs av förändringar i densitetsavvikelser.

"I Floridas sund, virvlar som är mindre än deras släkting i det öppna havet bildas. De där virvlarna, kallade submesoskala virvlar, är vanliga och kan lätt observeras i havsfärgbilder, sade Laurent Chérubin, Ph.D., senior författare och docent forskningsprofessor, FAU hamnfilial. "Till skillnad från de större virvlarna i mesoskala öppna havet, de är inte i geostrofisk balans, vilket betyder att deras cirkulation inte upprätthålls av balansen mellan tryckgradienten och Corioliskrafterna. Istället, några av frontalvirvlarna i Floridasundet är i lutning vindbalans, vilket indikerar att en tredje kraft, centrifugalkraften, är tillräckligt stor för att modifiera den geostrofiska balansen."

Floridaströmmen är en del av den västra grenen av det vinddrivna nordatlantiska anticyklongyret, som intensifieras på den västra sidan av Nordatlantens bassäng i jämförelse med dess östra sida. Liknande typer av strömmar finns också på den västra sidan av havsområdena, såsom Agulhas-strömmen i södra Indiska oceanen eller Kuroshio i norra Stilla havet. De kallas gränsströmmar eftersom de träffar kontinentalsockeln och som sådana, de genomgår en betydande mängd friktion på havsbotten. Denna friktion, som verkar vertikalt och horisontellt på gränsströmmen, bidrar till bildandet av ett klippt gränsskikt.

"Vår studie visar att det här skjuvskiktet kan bli instabilt och bilda virvlar. Denna process är i själva verket en väg för avledning av vindenergi som injiceras i havet. Därför, i Floridasundet, virvlar som är mindre än deras släkting i det öppna havet bildas, sa Chérubin.

Förutom sub-mesoskala virvlar som bildas lokalt i Straits of Florida, det finns inkommande mesoskala virvlar som passerar i Floridasundet, såsom Tortugas Gyre.

"Fynd från vår forskning visar också att mesoskala virvlar kan klämmas på hyllan och omvandlas till sub-mesoscale virvlar när Florida-strömmen är i sin utdragna position eller förblir relativt opåverkad om Florida-strömmen dras tillbaka från hyllan, sa Chérubin.