Forskere kommer til bunden af ​​dyb stillehavsventilation

Nylige resultater, med vigtige implikationer for havets biogeokemi og klimavidenskab, er udgivet af Naturkommunikation i et papir af lektor Mark Holzer fra UNSW Science's School of Mathematics &Statistics, med medforfatterne Tim DeVries (UCSB) og Casimir de Lavergne (LOCEAN).

"Det dybe nordlige Stillehav er et stort reservoir af remineraliserede næringsstoffer og respireret kulstof, der har akkumuleret gennem århundreder, " siger Holzer. "Når disse dybe vand vender tilbage til overfladen, deres næringsstoffer understøtter biologisk produktion og deres opløste CO ₂ kan frigives til atmosfæren. Som sådan, det dybe Stillehav spiller en nøglerolle i jordens klimasystem."

Men hvad er de veje i havcirkulationen, der leverer nyligt ventileret overfladevand til det dybe Stillehav? Og hvordan og hvor vender dette gamle vand til sidst tilbage til overfladen? Til dato, der var to konkurrerende teorier om den rolle, den væltende cirkulation spiller i dette.

En teori - 'standardtransportøren' - forestiller sig bred væltning med antarktisk bundvand, der stiger op til omkring 1,5 km dybde, før den flyder tilbage sydpå til det sydlige ocean. Den anden teori - den 'skyggede transportør' - hævder, at væltningen er komprimeret til at ligge under omkring 2,5 km med en stort set stillestående "skyggezone" over sig.

"Vores arbejde forener disse to teorier:den skyggede transportør fanger korrekt lodret komprimeret væltning under en skyggezone, mens standardbilledet skal tolkes bredt i forhold til vandveje, der diffunderer gennem skyggezonen. Fordi skyggezonen stort set er afskærmet fra den væltende cirkulation bliver spørgsmålet, hvordan præcist kommer vand ind og ud af det, " siger Holzer.

Ved at bruge nye matematiske analyser anvendt på en state-of-the-art havcirkulationsmodel, der optimalt tilpasser cirkulationen til observerede sporstoffordelinger og overfladepåvirkninger, forfatterne var i stand til i detaljer at kvantificere de veje og tidsskalaer, hvormed skyggezonen udveksler vand med overfladehavet.

"Vores analyser gjorde det muligt for os at komme med et nyt skema over den storstilede dybe cirkulation i Stillehavet. Vi finder ud af, at diffus transport både langs og på tværs af tæthedsflader spiller en ledende rolle i ventileringen af ​​skyggezonen."

I modsætning til den udbredte opfattelse, at Stillehavets dybe farvande udelukkende følger tæthedsoverflader til opstrømning i det sydlige ocean, Forfatterne fandt ud af, at kun omkring halvdelen af ​​vandet i skyggezonen følger denne rute, med den anden halvdel tilbage til overfladen på lave breddegrader og i det subarktiske Stillehav, med til at forklare den høje biologiske produktion der.

Forskerne siger, at denne nye forståelse af den dybe stillehavscirkulation og transportveje vil hjælpe med at fortolke observerede sporstoffordelinger og biogeokemiske processer.

"En spændende retning for fremtidig forskning er at forstå, hvordan skyggezonen, allerede lavt iltindhold og følsomt over for øget iltbehov, former svaret fra havets biologiske pumpe på klimaændringer, " siger Holzer.