Mystiske huller i Antarktis havis forklaret med mange års robotdata

Vinterisen på overfladen af ​​Antarktis' Weddell Hav danner af og til et enormt hul. Et hul, der dukkede op i 2016 og 2017, vakte intens nysgerrighed fra forskere og journalister. Selvom der var dannet endnu større huller årtier før, dette var første gang, oceanografer havde en chance for virkelig at overvåge det uventede hul i den antarktiske vinterhavisen.

En ny undersøgelse ledet af University of Washington kombinerer satellitbilleder af havisen, robotdrifter og endda sæler udstyret med sensorer for bedre at forstå fænomenet. Forskningen undersøger, hvorfor dette hul dukker op om kun nogle år, og hvilken rolle det kunne spille i den større havcirkulation.

Undersøgelsen blev offentliggjort den 10. juni i tidsskriftet Natur .

"Vi troede, at dette store hul i havisen - kendt som en polynya - var noget, der var sjældent, måske en proces, der var uddød. Men begivenhederne i 2016 og 2017 tvang os til at revurdere det, " sagde hovedforfatter Ethan Campbell, en UW doktorand i oceanografi. "Observationer viser, at de nylige polynyer åbnede sig fra en kombination af faktorer - en var de usædvanlige havforhold, og den anden er en række meget intense storme, der hvirvlede over Weddellhavet med næsten orkanstyrke. "

En "polynya, "et russisk ord, der groft betyder" hul i isen, " kan dannes nær kysten, når vinden skubber isen rundt. Men den kan også dukke op langt fra kysten og blive ved i uger til måneder, hvor den fungerer som en oase for pingviner, hvaler og sæler for at dukke op og trække vejret.

Dette særlige sted langt fra den antarktiske kyst har ofte små åbninger og har set store polynyas før. De største kendte polynyer på det sted var i 1974, 1975 og 1976, lige efter de første satellitter blev opsendt, da et område på størrelse med New Zealand forblev isfrit gennem tre på hinanden følgende antarktiske vintre trods lufttemperaturer langt under frysepunktet.

Campbell sluttede sig til UW som kandidatstuderende i 2016 for bedre at forstå dette mystiske fænomen. I et videnskabeligt held, en stor dukkede op for første gang i årtier. Et NASA-satellitbillede i august 2016 gjorde offentligheden opmærksom på en 33, 000 kvadratkilometer (13, 000 kvadratkilometer), der viste sig i tre uger. Et endnu større hul, af 50, 000 kvadratkilometer (19, 000 kvadratkilometer) dukkede op i september og oktober 2017.

Det sydlige Ocean menes at spille en nøglerolle i globale havstrømme og kulstofkredsløb, men dens adfærd er dårligt forstået. Det er vært for nogle af de hårdeste storme på planeten, med vinde, der uafbrudt pisker rundt på kontinentet i polarvinterens 24 timers mørke. Den nye undersøgelse brugte observationer fra Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling-projektet, eller SOCCOM, som sætter instrumenter ud, der driver med strømmene for at overvåge antarktiske forhold.

Undersøgelsen brugte også data fra det langvarige Argo havobservationsprogram, elefantsæl, der sender data tilbage til kysten, vejrstationer og årtiers satellitbilleder.

"Denne undersøgelse viser, at denne polyny faktisk er forårsaget af en række faktorer, der alle skal stå i kø for at det kan ske, " sagde medforfatter Stephen Riser, en UW professor i oceanografi. "I et givet år kan der ske flere af disse ting, men medmindre du får dem alle, så får du ikke en polyny."

Undersøgelsen viser, at når vinde omkring Antarktis kommer tættere på kysten, de fremmer stærkere opadgående blanding i det østlige Weddellhavet. I den region, et undervandsbjerg kendt som Maud Rise tvinger tæt havvand omkring sig og efterlader en snurrende hvirvel ovenover. To SOCCOM-instrumenter blev fanget i hvirvelen over Maud Rise og registrerede mange års observationer der.

Analyse viser, at når overfladehavet er særligt salt, set i hele 2016, stærke vinterstorme kan sætte gang i en væltende cirkulation. Varmere, saltere vand fra dybet bliver kværnet op til overfladen, hvor luften afkøler det og gør det tættere end vandet nedenfor. Da vandet synker, relativt varmere dybt vand på omkring 1 grad Celsius (34 F) erstatter det, skabe en feedback-loop, hvor isen ikke kan reformeres.

Under klimaforandringer, ferskvand fra smeltende gletsjere og andre kilder vil gøre det sydlige oceans overfladelag mindre tæt, hvilket kan betyde færre polynyaer i fremtiden. Men den nye undersøgelse stiller spørgsmålstegn ved denne antagelse. Mange modeller viser, at vindene, der kredser omkring Antarktis, vil blive stærkere og rykke tættere på kysten - det nye papir tyder på, at dette ville tilskynde flere polynyer til at dannes, ikke færre.

Dette er de første observationer, der beviser, at selv en mindre polynya som den i 2016 flytter vand fra overfladen helt til det dybe hav.

"I bund og grund er det en vending af hele havet, snarere end en indsprøjtning af overfladevand på en envejstur fra overfladen til dybet, " sagde medforfatter Earle Wilson, som for nylig afsluttede sin doktorgrad i oceanografi ved UW.

En måde, hvorpå et overfladepolynya betyder noget for klimaet, er for det dybeste vand i oceanerne, kendt som antarktisk bundvand. denne kulde, tæt vand lurer under alt det andet vand. Hvor og hvordan det er skabt påvirker dets egenskaber, og ville have ringvirkninger på andre store havstrømme.

"Lige nu tror folk, at det meste af bundvandet dannes på den antarktiske hylde, men disse store offshore polynyer kunne have været mere almindelige i fortiden, " sagde Riser. "Vi er nødt til at forbedre vores modeller, så vi kan studere denne proces, som kan have større klimaimplikationer. "

Store og langvarige polynyer kan også påvirke atmosfæren, fordi dybt vand indeholder kulstof fra livsformer, der er sunket gennem århundreder og er opløst på vej ned. Når dette vand når overfladen, kan kulstof frigives.

"Dette dybe kulstofreservoir har været låst væk i hundreder af år, og i en polynya kan det blive ventileret ved overfladen gennem denne virkelig voldsomme blanding, "Campbell sagde." En stor kulstofudledningshændelse kan virkelig slå klimasystemet i stykker, hvis det skete flere år i træk. "