Vind er nøglen til klimaændringer

Antarktis har en strøm, der cirkler landmassen som en del af det sydlige hav. Denne strøm kaldes den antarktiske cirkumpolære strøm. Når vestenvindene forstærkes i løbet af den sydlige halvkugles sommer, farvande syd for strømmen forsures hurtigere, end der kan opgøres i kuldioxid fra atmosfæren alene. Det modsatte mønster blev observeret nord for strømmen.

Hvorfor sker dette, og hvorfor betyder det noget?

University of Delaware Professor Wei-Jun Cai var med til at skrive en artikel, der dukkede op i Naturkommunikation og besvarer disse spørgsmål.

Forskere involveret i undersøgelsen siger, at disse effekter skyldes en kombination af processer drevet af disse vestenvinde - en teori, der blev bekræftet af to årtiers observationsdata fra syd for Tasmanien.

At forstå de faktorer, der styrer havets forsuring, er vigtigt for at forudsige den indvirkning, som havets skiftende kemi vil have på marine organismer og økosystemer i fremtiden. Det sydlige Ocean, også kendt som Antarktis Ocean, er et kritisk sted at studere disse mekanismer på grund af dens enorme kapacitet til at lagre kuldioxid fra atmosfæren, en afgørende komponent i klimaforandringerne.

Datadrevne resultater gavner fremtidige forudsigelsesmodeller

Det fjerde største hav, det sydlige ocean har en naturlig lav pH-værdi og mætningstilstand for aragonit, et karbonatmineral, som marine organismer har brug for for at bygge deres skaller. Dette anses for at være på grund af det sydlige Oceans kolde temperaturer, som gennemsnit -2 til 7 grader Celsius (ca. 28 til 45 grader Fahrenheit), og stærk lodret blanding i hele vandsøjlen.

På grund af disse kolde temperaturer og dyb blanding, kuldioxiden, der absorberes ved vandoverfladen, kan hurtigt overføres til og lagres i de dybe områder af det sydlige ocean, i modsætning til de fleste oceaner på lavere breddegrader, hvor store temperaturforskelle forhindrer overfladevandet og det dybe hav i at blande sig.

Efterhånden som atmosfæriske kuldioxidniveauer fortsætter med at stige, imidlertid, overfladevand i det sydlige ocean forventes at blive mere og mere sårbart over for havforsuring.

"Det sydlige Ocean er et vindue til det dybe hav, " sagde Cai, en ekspert i uorganisk kulstofkemi og Mary A.S. Lighthipe Chair of Earth, Hav og miljø på UD. "Bedre forståelse af mekanismerne bag forsuring af havet her kan hjælpe med at forbedre forudsigelsesmodeller for, hvor meget atmosfærisk kuldioxid havet kan optage her og andre steder."

På den sydlige halvkugle, den vigtigste måde, hvorpå atmosfæren varierer, er gennem det, der kaldes den sydlige årlige tilstand (SAM). Da denne tilstand skifter fra den ene yderlighed til den anden, trykforskellen får bæltet af vestenvinde (eller jetstrøm) omkring Antarktis til at bevæge sig mod nord eller syd. Når jetstrømmen af ​​luft styrkes (en positiv SAM-tendens), den trækker sig sammen mod Antarktis. Når jetstrømmen svækkes (en negativ SAM-trend), den udvider sig nordpå mod ækvator.

I deres undersøgelse, forskerne undersøgte, hvordan vestenvinde regulerer hastigheden af ​​havforsuring, ved hjælp af kontinuerlige datamålinger af kuldioxid fra syd for Tasmanien registreret over to kontrasterende årtier, 1991-2000 og 2001-2011. Forskerne tilskrev den forstærkede forsuring til vestlige vinde, der transporterede mere sure farvande vandret fra steder med højere breddegrad mod ækvator og lodret fra undergrunden til overfladen.

"Når du har en trykforskel, du har en stærkere vind og vinden bevæger sig altid fra højtryk til lavtryk, at drive overfladehavstrømmene fra et punkt til et andet. I fysisk oceanografi kalder vi denne vinddrevne Ekman-transport, " sagde Cai.

Når vestenvinden aftager, resultatet er det modsatte og mindre surt overfladevand overføres mod Sydpolen.

"Uanset om vi studerer dette i Chesapeake Bay, den Mexicanske Golf eller det sydlige Ocean, det er alt sammen af ​​samme grund, at en anden kilde til kuldioxid eller forsuret vand kommer ind i undersøgelsesområdet. Men afhængigt af placeringen, denne mekanisme kan vise sig anderledes, " sagde Cai.

Denne blanding af det sydlige hav strækker sig til en dybde på cirka 300 til 400 meter (ca. 000 til 1, 300 fod). Dette er langt dybere end, sige, i Chesapeake Bay eller den iltfattige Mexicanske Golf, hvor vandets dybeste områder måske kun strækker sig 20 til 50 meter (54-164 fod dybt).

I teorien, når atmosfærisk kuldioxid stiger, havets kuldioxidniveauer (dvs. havforsuring) bør øges parallelt. Imidlertid, Cai forklarede, at opstrømning af dybere vand, der indeholder mere kuldioxid kombineret med havcirkulationsmønstre, eller blanding af forskellige lag af havet, kan få vandets pH og karbonatmætningstilstand til at variere ganske meget. Cai sagde, at selv om der har været et par nylige papirer på dette område, han og hans kolleger er de første til at vise med direkte data, at dette skyldes vindstress.

”Der er megen debat om dette spørgsmål, men når de sættes sammen, de to årtiers data gav en konsekvent historie om, at havcirkulationsmønstre virkelig påvirker havforsuring, " sagde Cai.

Så, hvad har det sydlige ocean med Delaware at gøre?

"Det sydlige Ocean er et område, der virkelig ændrer dybhavets kuldioxidsignal på grund af denne hurtige blanding til dybhavet, sagde Cai. Følgelig, når vindhastigheder får lagene i vandet til at blande sig og ændre cirkulationsmønstre, det kan virkelig drive ændringer, der kan have betydning for det globale hav, og stort set vil i sidste ende påvirke andre områder, inklusive Atlanterhavet."