Wiatry potrafią zgromadzić wodę w centrum oceanu
W subtropikalnych wirach oceanicznych dominujące wiatry i efekt Coriolisa mogą kierować transport powierzchniowy ku środkowi basenu. Woda nie piętrzy się tam bez ograniczeń: niewielkie nachylenie powierzchni tworzy gradient ciśnienia, który wraz z Coriolisem pomaga ustanowić cyrkulację geostroficzną. W efekcie środek wielkiego wiru może być nieco „wyżej” niż otoczenie, choć różnica rozłożona na setki kilometrów jest dla człowieka praktycznie niewidoczna. Stałe wiatry i obrót Ziemi mogą prowadzić do zbieżności wody w centrum subtropikalnych wirów, tworząc rozległe, niewielkie podwyższenia powierzchni morza związane z wielkoskalową cyrkulacją.
Wielkie wiry zaczynają się od wiatrów
Stałe pasy wiatrów nad oceanami przekazują pęd powierzchni morza. W subtropikach układ pasatów i wiatrów zachodnich generuje wielkoskalową cyrkulację. Efekt Coriolisa odchyla transport powierzchniowy, przez co w wielu miejscach wody mają tendencję do zbiegania się ku wnętrzu wiru.
Konwergencja nie może trwać bez odpowiedzi
Jeśli do centrum stale napływa woda z otoczenia, poziom morza rośnie. Nawet bardzo mała różnica wysokości tworzy poziomy gradient ciśnienia skierowany od podwyższonego centrum ku obrzeżom. W dużej skali ten gradient równoważy działanie Coriolisa i pozwala utworzyć trwały przepływ wzdłuż nachylonej powierzchni.
Oceaniczne wzgórze jest prawie niewidoczne
Na łodzi nie da się zauważyć, że środek subtropikalnego wiru leży nieco wyżej niż jego obrzeża, bo różnica rozkłada się na ogromnym dystansie i ginie w falowaniu. Satelitarna altimetria mierzy jednak wysokość powierzchni z dokładnością wystarczającą do mapowania takich szerokich struktur.
Co dzieje się z wodą w centrum
Zbieżność powierzchniowego transportu sprzyja powolnemu ruchowi w dół, czyli downwellingowi. Wnętrza subtropikalnych wirów są też często silnie uwarstwione i ubogie w składniki odżywcze przy powierzchni. To jeden z powodów, dla których wielkie obszary subtropikalnego oceanu bywają biologicznie mniej produktywne niż strefy upwellingu.
Dlaczego pływające rzeczy mogą się tam gromadzić
Zbieżność ruchów powierzchniowych pomaga koncentrować część pływających materiałów, dlatego centra subtropikalnych wirów są kojarzone z nagromadzeniami odpadów. Nie jest to jednak pełne wyjaśnienie ruchu plastiku: badania NOAA wskazują, że wiatr, wyporność, rozmiar obiektów i ich bezwładność również wpływają na to, gdzie trafia flotsam.
Powierzchnia i prąd są częścią jednego układu
Wzniesienie poziomu nie jest osobnym skutkiem ubocznym. Jego nachylenie jest elementem równowagi utrzymującej prąd. Dlatego mapy wysokości powierzchni morza mogą służyć do wyznaczania cyrkulacji geostroficznej i śledzenia wielkich wirów.
Paradoks skali
Woda wydaje się „płaska”, a wiatr wydaje się działać lokalnie. Tymczasem wieloletnie działanie wiatrów nad tysiącami kilometrów buduje mierzalną topografię powierzchni oceanu i organizuje przepływy obejmujące całe baseny. To efekt tak łagodny, że można po nim żeglować bez świadomości, że statek znajduje się na oceanicznym wzgórzu.
Podwyższenie powierzchni w centrum subtropikalnego wiru nie rośnie bez końca, ponieważ nachylenie samo tworzy gradient ciśnienia. W pewnym momencie ruch związany z tym gradientem i Coriolisa organizuje przepływ geostroficzny wokół „wzgórza” wody. W ten sposób zbieżność wymuszona przez wiatr prowadzi do powstania wielkoskalowej cyrkulacji, a nie do nieograniczonego piętrzenia oceanu. W centrum wiru transport Ekmana może też sprzyjać powolnemu ruchowi w dół, czyli downwellingowi, co pomaga utrzymywać ubogie w składniki odżywcze, silnie uwarstwione wnętrza subtropikalnych basenów. Ten sam mechanizm, który na mapie wygląda jak ledwie mierzalna różnica wysokości, wpływa więc zarówno na ruch poziomy, jak i pionową wymianę z głębszym oceanem. Satelitarna altimetria potrafi zobaczyć takie wielkoskalowe nachylenia, dzięki czemu abstrakcyjny bilans wiatru i Coriolisa staje się bezpośrednio mierzalny.