Første direkte bevis på havblanding over Golfstrømmen

Ny forskning giver det første direkte bevis for Golfstrømmens blendereffekt, identificere en ny mekanisme til at blande vand hen over den hurtigt bevægende strøm. Resultaterne har vigtige konsekvenser for vejret, klima og fiskeri, fordi havblanding spiller en afgørende rolle i disse processer. Golfstrømmen er en af ​​de største drivkræfter for klima og biologisk produktivitet fra Florida til Newfoundland og langs Europas vestkyst.

Den multi-institutionelle undersøgelse ledet af en forsker fra University of Maryland afslørede, at kværning langs kanterne af Golfstrømmen på tværs af områder så små som en kilometer kunne være en førende kilde til havblanding mellem vandet på begge sider af strømmen. Undersøgelsen blev offentliggjort i Proceedings of the National Academy of Sciences den 6. juli, 2020.

"Denne langvarige debat om, hvorvidt Golfstrømmen fungerer som en blender eller en barriere for havblanding, har hovedsageligt overvejet store havhvirvler, snesevis af kilometer til hundrede kilometer på tværs, sagde Jacob Wenegrat, en adjunkt i UMD's Institut for Atmosfærisk og Oceanisk Videnskab og hovedforfatter af undersøgelsen. "Det, vi tilføjer til denne debat, er dette nye bevis på, at variabilitet på kilometerskalaen ser ud til at blande sig meget. Og de skalaer er virkelig svære at overvåge og modellere."

Mens Golfstrømmen løber op langs østkysten af ​​USA og Canada, det bringer varmt saltvand fra troperne ind i det nordlige Atlanterhav. Men strømmen skaber også en usynlig væg af vand, der deler to adskilte havområder:det koldere, friskere farvande langs den nordlige kant af Golfstrømmen, der hvirvler i retning mod uret, og jo varmere, saltere vand på den sydlige kant af strømmen, der cirkulerer i urets retning.

Hvor meget havblanding der sker på tværs af Golfstrømmen har været et spørgsmål om videnskabelig debat. Som resultat, havmodeller, der forudsiger klima, vejr og biologisk produktivitet har ikke fuldt ud taget højde for bidraget fra blanding mellem de to meget forskellige typer vand på hver side af strømmen.

For at gennemføre undersøgelsen, forskerne måtte tage deres instrumenter til kilden:Golfstrømmens kant. To hold videnskabsmænd ombord på to forskningsfartøjer i verdensklasse trodsede vinterstorme på Atlanterhavet for at frigive et fluorescerende farvestof langs den nordlige front af Golfstrømmen og spore dens vej over de følgende dage.

Det første hold frigav farvestoffet sammen med en flyder indeholdende et akustisk beacon. Nedstrøms, det andet hold sporede flyderen og overvågede koncentrationen af ​​farvestof sammen med vandtemperaturen, saltholdighed, kemi og andre funktioner.

Tilbage på kysten, Wenegrat og hans medforfattere udviklede højopløsningssimuleringer af de fysiske processer, der kunne få farvestoffet til at spredes gennem vandet på den måde, feltholdene registrerede. Deres resultater viste, at turbulens på tværs af områder så små som en kilometer udøvede en vigtig indflydelse på farvestoffets vej og resulterede i betydelig blanding af vandegenskaber såsom saltholdighed og temperatur.

"Disse resultater understreger variabilitetsrollen i meget små skalaer, som i øjeblikket er svære at observere ved brug af standardmetoder, såsom satellitobservationer, " sagde Wenegrat. "Variabilitet i denne skala er i øjeblikket ikke løst i globale klimamodeller og vil ikke være det i de kommende årtier, så det får os til at undre os, hvad har vi manglet?"

Ved at vise, at blanding i lille målestok på tværs af Golfstrømmen kan have en betydelig indvirkning, den nye undersøgelse afslører en vigtig, underanerkendt bidragyder til havcirkulationen, biologi og potentielt klima.

For eksempel, Golfstrømmen spiller en vigtig rolle i det, der er kendt som havets biologiske pumpe - et system, der fanger overskydende kuldioxid, buffere planeten fra global opvarmning. I golfstrømmens overfladevand, havblanding påvirker væksten af ​​fytoplankton - bunden af ​​havets fødenet. Disse fytoplankton absorberer kuldioxid nær overfladen og synker senere til bunden, tager kulstof med sig og fanger det i det dybe hav. Nuværende modeller af den biologiske havpumpe tager ikke højde for den store effekt, småskalablanding over Golfstrømmen kan have på planteplanktonvækst.

"For at gøre fremskridt med dette er vi nødt til at finde måder at kvantificere disse processer på en finere skala ved hjælp af teori, state-of-the-art numeriske modeller og nye observationsteknikker, " sagde Wenegrat. "Vi skal være i stand til at forstå deres indvirkning på storskala cirkulation og biogeokemi i havet."

Forskningspapiret, "Forbedret blanding på tværs af gyregrænsen ved Golfstrømsfronten, " Jacob O. Wenegrat, Leif N. Thomas, Miles A. Sundermeyer, John R. Taylor, Eric A. D'Asaro, Jody M. Klymak, R. Kipp Shearman, og Craig M. Lee, blev offentliggjort den 6. juli, 2020 udgave af Proceedings of the National Academy of Sciences .