Ny undersøgelse identificerer termometer for det globale hav

Der er en ny måde at måle havets gennemsnitlige temperatur på takket være forskere ved Scripps Institution of Oceanography ved University of California San Diego. I en artikel offentliggjort i 4. januar, 2018, udgave af tidsskriftet Natur , geoscientist Jeff Severinghaus og kolleger på Scripps Oceanografi og institutioner i Schweiz og Japan detaljerede deres banebrydende tilgang.

At bestemme ændringer i gennemsnitstemperaturen i hele verdenshavet har vist sig at være en næsten umulig opgave på grund af fordelingen af ​​forskellige vandmasser. Hvert lag vand kan have drastisk forskellige temperaturer, så det er en udfordring at bestemme gennemsnittet over hele havets overflade og dybder.

Severinghaus og kolleger var i stand til at omgå disse forhindringer ved at bestemme værdien indirekte. I stedet for at måle vandtemperaturen, de bestemte forholdet mellem ædelgasser i atmosfæren, som er i direkte relation til havets temperatur.

"Denne metode er en radikalt ny måde at måle ændringer i den samlede havvarme, " sagde Severinghaus. "Det udnytter det faktum, at atmosfæren er godt blandet, så en enkelt måling hvor som helst i verden kan give dig svaret."

I undersøgelsen, forskerne målte værdier af ædelgasserne argon, krypton, og xenon i luftbobler fanget inde i is i Antarktis. Mens havene bliver varme, krypton og xenon frigives til atmosfæren i kendte mængder. Forholdet mellem disse gasser i atmosfæren giver derfor mulighed for at beregne den gennemsnitlige globale havtemperatur.

Der blev målt målinger fra isprøver, der blev indsamlet under West Antarctic Ice Sheet (WAIS) Divide coring -projektet, som Severinghaus er leder af. I løbet af seks feltsæsoner i Antarktis, et bor fjernede is i cylindriske prøver på 3,7 meter (lige under 9 fod) i længden. Den endelige prøve blev taget i en dybde på 3, 405 meter (over 11, 000 fod) i 2011. Denne rekord strækker sig over næsten 100, 000 år og lagenes alder kan bestemmes til inden for 50 år. Jordens atmosfære blandes på en skala fra uger til måneder, så en måling af disse luftbobler giver, hvad der i bund og grund er et globalt gennemsnit. Til denne undersøgelse, videnskabsmænd fokuserede på prøver 8, 000 til 22, 000 år gammel, og indsamlede data i trin med gennemsnitlig 250 års opløsning.

Ny indsigt i de glaciationscyklusser, der fandt sted på Jorden længe før mennesker begyndte at påvirke temperaturen i atmosfæren og oceanerne, er nu mulige ved hjælp af teknikken til at måle ædelgasmængder. Undersøgelsen fastslog, at den gennemsnitlige globale havtemperatur på toppen af ​​den seneste istid var 0,9 ºC (33,6 ºF). Det moderne oceans gennemsnitlige temperatur er 3,5 ºC (38,3 ºF). De inkrementelle målinger mellem disse datapunkter giver en forståelse af det globale klima, der aldrig før var muligt.

"Grunden til, at denne undersøgelse er så spændende, er, at tidligere metoder til at rekonstruere havets varmeindhold har meget store aldersusikkerheder, [hvilket] udglatter de mere subtile træk ved pladen, " sagde medforfatter Sarah Shackleton, en kandidatstuderende i Severinghaus-laboratoriet på Scripps. "Fordi WAIS Divide er så godt dateret, det er første gang, at vi har været i stand til at se disse subtile træk i optegnelsen over deglaciationen. Dette hjælper os med bedre at forstå de processer, der styrer ændringer i havets varmeindhold."

Dette papir er resultatet af femten års arbejde for Severinghaus, sammen med kandidatstuderende og postdoc-stipendiater i sit laboratorium. Diskussioner med en anden professor ved Scripps, atmosfærisk videnskabsmand Ralph Keeling, skabte ideen. Keeling studerer argonniveauerne i atmosfæren for at få en lignende rekord af havvarme, der går et par årtier tilbage. Imidlertid, luftbobler fanget i is bevarer ikke argonniveauet nøjagtigt. Severinghaus opdagede, at xenon og krypton er godt bevaret i iskerner, som giver den temperaturinformation, som derefter kan bruges af videnskabsmænd, der studerer mange andre aspekter af jordens oceaner og atmosfære gennem hundredtusinder af år.

Fremadrettet, forholdet mellem disse samme ædelgasser kan bestemmes ud fra atmosfæriske prøver taget overalt i verden. For eksempel, en måling fra Ellen Browning Scripps Memorial Pier i La Jolla repræsenterer et globalt gennemsnit af havtemperaturen. Severinghaus håber at kunne finjustere proceduren.

"Vores præcision er omkring 0,2 ºC (0,4 ºF) nu, og opvarmningen af ​​de sidste 50 år er kun ca. 0,1 ºC, " han sagde, tilføjer, at avanceret udstyr kan give mere præcise målinger, giver videnskabsmænd mulighed for at bruge denne teknik til at spore den aktuelle opvarmningstendens i verdenshavene.

Indtil dette punkt, de bedste skøn er kommet fra Argo -programmet, et netværk på mere end 3, 800 robotflydere fordelt rundt i verdenshavene, der måler temperatur og andre egenskaber og rapporterer dataene via satellit.

Scripps driver Argo Project Office og er en af ​​snesevis af institutioner verden over, der har deltaget siden starten i 2000. imidlertid, er primært begrænset til isfrie områder og går kun ned til en dybde på 2, 000 meter (6, 500 fod), efterlader store nøgleområder ustuderede i jagten på at opnå et globalt havtemperaturgennemsnit.

Med denne undersøgelse, Severinghaus og kolleger har vist, at målinger af ædelgasser i atmosfæren giver den historiske rekord, som det videnskabelige samfund længe har søgt, og kan optimeres yderligere for også at få indsigt i moderne havtemperaturændringer.