Suurte veemasside liikumisest rääkides meenuvad ilmselt paljudele esimesena sadade kilomeetrite pikkused hoovused. TTÜ teadlaste uuring näitab aga, et vesi seguneb olulisel määral ka hoopis väiksemal skaalal: sadade meetrite kuni paari kilomeetri ulatuses ehk teaduskeeles submesomastaabis.

Avastuse tegemiseks kasutas uurimisrühm autonoomset allveeliugurit. Robot kogus nädalate kaupa sügavustest andmeid ja aitas märgata seni varjatud veedünaamikat. Allveeliuguri abil nägid teadlased, kuidas suuremate hoovuste äärealadel suruti veemassid merepõhja ebatasasuste mõjul või erineva temperatuuriga veemassidega põrkudes sujuvalt sügavamale.

Sama allavoolu liikumisega kandusid pinnakihist sügavikku soojus ja elutähtsad toitained. "Tänu neile seadmetele on võimalik märgata kiiremini muutuvate voogude mustreid, mida tavaliste laevamõõtmistega on keeruline tabada," selgitas uuringu juhtivautor ja TTÜ doktorant-nooremteadur Kai Salm.

Läänemeri vaevleb praegu liigsete toitainete ja hapnikupuuduse käes. Kui vesi ranniku ja avamere vahel ei segune, halveneb mere elukeskkond veelgi. Teadlastel on seega vaja teada, kuidas täpselt hapnik ja toitained pinnakihist sügavamale jõuavad.

Kuna vaatluse ala võetud väikesemõõtmelised protsessid on lühiealised, nappis nende kohta siiani otseseid vaatlusi. Kui teadlased ei tea, mis meres päriselt toimub, on aga võimatu luua suurtes ookeanimudelites täpseid matemaatilisi reegleid, mis nende väikeste veeliikumiste mõju arvesse võtaksid. Gliderite kogutud andmed aitavad tulevikus seeläbi nende protsesside mõju kohalikule veeringele ja ainevahetusele paremini mõista,

Uurimisrühm võttis teadlikult fookusesse just kevad-suvise perioodi, mil merevesi soojeneb ning hakkab tugevalt kihtidesse jaotuma. Kogutud andmed näitasid, et kevadel on see varjatud muutlikkus koondunud peamiselt segunenud pinnakihi alumisse ossa. Hilissuvel, kui vee kihistumine on tugevnenud, nihkub nende veeliikumiste raskuskese sügavamale – otse hooajalisse termokliini ehk piirkihti, kus soe pinnavesi muutub järsult külmaks süvaveeks.

"Kui hoovus liigub mööda keerulist topograafiat, saavad sellised voolud mööda kaldus tiheduspindasid oluliselt soodustada vee ja toitainete vahetust ranniku ja avamere vahel," selgitas Salm.

Nähtamatute protsesside püüdmiseks kombineeris töörühm allveeliuguri mõõtmised kõrglahutusliku arvutimudeliga. Protsesside intensiivsuse hindamiseks võtsid nad kasutusele uudse näitaja, mida nimetatakse vürtsikuseks ehk spice'iks. See iseloomustab vee soolsuse ja temperatuuri kirjut mustrit kohtades, kus need kaks näitajat teineteise mõju vee tihedusele ära nullivad.

Uurijad leidsid, et kevadel saavutab see nn vürtsikus maksimumi segunenud pinnakihi alumises osas. "See peegeldab varjatud protsesside olemasolu ja viitab aktiivsetele liikumistele, mis soodustavad kihistumise taastumist sügavamal, kuhu otsene tuule mõju ei ulatu," märkis Salm.

Teadlased võtsid luubi alla 2019. aasta juuli sündmused. Toona lükkasid püsivad idatuuled pinnavee rannikust eemale ja tõid sügavustest üles külma vee ehk toimus süvaveekerge. Mudeli ja mõõtmiste võrdlusest selgus, et tugeva hoovuse äärealadel tekkisid aktiivsed väikeskaalas veeliikumised, mis kandsid vett uuesti sügavustesse.

Suurte hoovuste ja mikroskoopilise turbulentsi vahepealset ala oli raske tabada. Keerised on kolmemõõtmelised ja alluvad samas ka suurte hoovuste jõududele. Teadlasrühm näitas, et võtmetähtsusega on siinkoha arvutimudelite ja autonoomsete allveeliugurite andmete kombinatsioon. Salm tõi välja kahe meetodi tugevused: "Allveeliugur näitab meile, mis meres tegelikult toimub, ning realistlikud simulatsioonid aitavad mõista nende nähtuste tekkemehhanisme ja ulatust."

Vaatamata edukale uuringule seisavad teadlased silmitsi mitme proovikiviga. Arvutite kasvav jõudlus lubab küll ehitada üha peenema võrguga mudeleid, kuid neil on endiselt raskusi soolsuse täpse simuleerimisega. Soolsus mängib aga Soome lahes vee tiheduse määramisel temperatuuriga võrdselt olulist rolli. Nende väikeste lühiajaliste hoovuste otseste vaatluste vähesus tekitab ebakindlust ka simulatsioonitulemuste tõlgendamisel.

Tulevikus loodavad teadlased autonoomsete robotite kogutud andmete toel suuri ookeani- ja kliimamudeleid oluliselt täpsemaks timmida. See võimaldab paremini prognoosida, kuidas reageerib kohalik merekeskkond muutuvatele tuultele.

Salm leidis, et varjatud keeriste maailm pakub avastamisrõõmu veel kauaks: "Olles piisavalt väike, et olla kolmemõõtmeline, kuid piisavalt suur, et alluda suuremõõtmelistele jõududele, vajab selle olemus meresüsteemides veel põhjalikumat uurimist."

Uuring ilmus ajakirjas Ocean Science.