Højteknologisk fortøjning vil måle under Antarktis is

Jordens oceaner har opsuget omkring en tredjedel af den kuldioxid, som mennesker tilfører atmosfæren gennem brug af fossile brændstoffer og andre aktiviteter. Det er gode nyheder for dem, der beskæftiger sig med drivhusopvarmning, men dårlige nyheder for det marine liv, der er følsomt over for den stigende surhedsgrad, ekstra CO2 bringer til havvandene.

Dr. Elizabeth Shadwick, en assisterende professor ved William &Mary's Virginia Institute of Marine Science, har nu indsat en højteknologisk fortøjning under sæsonens isdækkede farvande omkring Antarktis for bedre at forstå havforsuring i polarområder, især i de dårligt undersøgte vintermåneder. Finansiering til hendes arbejde kommer fra National Science Foundation's Office of Polar Programs.

Til dato, viden om CO2-niveauer i det sydlige ocean omkring Antarktis bygger næsten udelukkende på data indsamlet af forskningsfartøjer og genforsyningsskibe i løbet af sommerens korte vindue af isfrit vand. Shadwicks fortøjning vil forlænge denne rekord året rundt, lige igennem den lange polarvinter.

Fortøjningen, en line forankret til havbunden i ca. 600 fod vand og holdt lodret af flydere i strandboldstørrelse, ender omkring 60 fod under havoverfladen, godt under skuren af ​​vinterhavisen. Det inkluderer banebrydende sensorer, der kan måle koncentrationer af opløst kuldioxid hver tredje time i hele fortøjningens seks måneder lange installation. Andre sensorer vil måle pH, temperatur, saltholdighed, og opløst ilt. Alle data gemmes på vandtætte hukommelseskort, indtil fortøjningen er hentet.

"De autonome sensorer vil give os mulighed for at overvåge den fulde årlige cyklus af kuldioxid i Antarktis kystfarvande, for første gang, " siger Shadwick. Hun og VIMS marinetekniker Olivia De Meo planlægger at genoprette den netop udsatte fortøjning i begyndelsen af ​​maj – det sene efterår i Antarktis – når de også vil indsætte en anden identisk fortøjning, der skal genoprettes den følgende december.

Udsendelse og genfinding foregår fra det amerikanske forskningsfartøj Laurence M. Gould. Hentning involverer at bruge lagrede GPS-koordinater til at flytte fortøjningen - som ikke er synlig ved overfladen - og derefter befri den fra havbundens tøjring ved at pinge en udløsermekanisme med et akustisk signal. Fortøjningen kan derefter flyde til overfladen, hvor besætningsmedlemmer kroger den med en griber og hejser den ombord.

Forsuring i det sydlige Ocean

Fordi Sydhavet spiller en så vigtig rolle i det globale kulstofkredsløb – lagrer næsten halvdelen af ​​de menneskeskabte emissioner, der er blevet optaget af havvand – burde data fra Shadwicks fortøjninger føre til en bedre forståelse af de globale klimaændringer og en forbedret evne til at forudsige dens verdensomspændende virkninger.

"Fra observationer på steder som Hawaii og Bermuda, vi ved, at overfladehavet sporer stigningen i atmosfærisk CO2, " siger Shadwick. "Det, der er mindre godt forstået, er, om polarhavene også sporer denne stigning, da de er ude af kontakt med atmosfæren i flere måneder hvert år, når der er is til stede."

Modellering baseret på skibsmålinger fra de seneste antarktiske somre tyder på, at stigende CO2-koncentrationer vil føre til store problemer for det lokale havliv fra omkring 2070 - når det resulterende fald i pH kan påvirke dyr, der danner skal eller skeletter ud fra calciumcarbonatmineraler. Shadwick og andre forskere er især bekymrede over påvirkninger af mikroskopiske organismer i bunden af ​​det polare fødenet, og hvordan disse påvirkninger kan bølge op for at påvirke fisk, pingviner, sæler, og hvaler.

Forstå vinterforholdene, siger Shadwick, er vigtigt, fordi i modsætning til om sommeren, når fotosyntese af marine alger fjerner CO2 fra vandet og øger pH, om vinteren frigives CO2 gennem respiration eller henfald af algeopblomstring, fører til forhold med naturligt lav pH.

"Ved brug af sparsomme observationer af vinterforhold, " siger Shadwick, "Vores modeller forudsiger, at det sydlige ocean vil blive undermættet med hensyn til karbonat i år 2030 - omkring 30 år tidligere end fremskrivninger baseret på forhold, der repræsenterer et årligt gennemsnit, og op til 70 år tidligere end dem, der er baseret på sommerobservationer alene." Karbonatundermætning betyder, at calciumcarbonatmineraler er mere energisk dyrere for dyr at fremstille; carbonatskaller kan endda begynde at opløses i havvand med lav pH.

Shadwick advarer, imidlertid, at disse fremskrivninger kan ændre sig baseret på en række feedback-mekanismer, som stadig er dårligt forstået. Disse omfatter fortsat opvarmning; opfriskning på grund af øget afsmeltning af havis og landbaserede gletsjere; øget biologisk produktivitet på grund af en længere åbentvandssæson, øget tilførsel af næringsstoffer, eller begge; og indtrængen af ​​kulstofrigt vand på kontinentalsoklen fra dybere vand i nærheden.

For bedre at forstå disse potentielle feedbacks, Shadwick og samarbejdspartnere vil analysere fortøjningsdataene i lyset af en hel række andre biologiske og fysiske målinger fra omgivende farvande. Fortøjningen ligger inden for undersøgelsesområdet for Palmer Antarctic Long-Term Ecological Research-programmet, som - som navnet antyder - blev etableret for at overvåge år-til-år og årti-til-årti ændringer i økosystemerne på den vestantarktiske halvø nær US Palmer Research Station. PAL-LTER-forskere har indsamlet data i området siden 1991. Shadwicks projekt er også blevet godkendt af Southern Ocean Observing System (SOOS).