Skrevet på vand:Rekonstruering af en havstrøms gamle historie

Havstrømme legemliggør bevægelse, snoede sig vej fra troperne til polerne og tilbage, flytte store mængder vand fra øjeblik til øjeblik. Men de er også utrolig gamle, fulgt deres grundforløb i millioner af år.

At spore en historie skrevet i vand er palæoceanografers arbejde som Adriane Lam, Presidential Diversity Postdoc-stipendiat ved Binghamton Universitys afdeling for geologiske videnskaber og miljøstudier. Lam er hovedforfatteren af ​​"Pliocæn til tidligste Pleistocæn (5-2,5 Ma) Rekonstruktion af Kuroshio Current Extensions afslører en dynamisk strøm, " for nylig offentliggjort i tidsskriftet Paleoceanografi og palæoklimatologi . Medforfattere inkluderer adjunkt i geologiske videnskaber og miljøstudier Molly Patterson, samt Kenneth MacLeod fra University of Missouri, Solveig Schilling fra University of Texas i Austin, R. Mark Leckie fra University of Massachusetts Amherst, Andrew Fraass fra Englands University of Bristol, og Nicholas Venti fra University of Delaware.

Den store vestlige grænsestrøm i det nordlige Stillehav, Kuroshio-strømmen og udvidelsen, er analog med Golfstrømmen, som flyder langs Nordamerikas østkyst. Drevet af vinden, grænsestrømme er havets arbejdsheste, bevægende varme, salt og gasser fra ækvatorialhavet til de mellemste breddegrader, Lam forklarede.

"Med andre ord, disse strømme hjælper med at distribuere varme fra troperne til højere breddegrader. Faktisk, koraller forekommer på deres højeste breddegrad overalt i verden inden for Kuroshio-strømmen, fordi vandet er så varmt, " hun sagde.

Denne varme stammer fra overfladevandet, der samles i det vestlige Stillehav langs ækvator, kaldet Western Pacific Warm Pool. Kuroshio-strømmen tager disse farvande nordpå, forbi den japanske kyst, og derefter østpå på 36°N breddegrad, hvor den slutter sig til det åbne Stillehav. På dette tidspunkt, det bliver Kuroshio Current Extension.

Strømmen og forlængelsen udleder enorme mængder varme og fugt, der fordamper fra det varme vand til den nedre atmosfære på den nordlige halvkugle. På grund af dette, de hjælper med at forme nedbørsmønstre over Japan og Nordamerikas vestkyst, såvel som tyfonernes stier, som lever af varmt vand. Ud over at påvirke vejret, Kuroshio påvirker sandsynligvis også klimaet, selvom dens indvirkning på tusind- og millionårs tidsskalaer stadig er uklar.

Kuroshio spiller også en stor rolle i økosystemer og fiskeindustrien. I det nordvestlige Stillehav, det møder Oyashio-strømmen, som bringer polarområdets kølige vand mod syd. Hvor de to strømninger mødes, en stærk temperaturgradient dannes på grund af blandingen af ​​varmt og køligt vand. Det skaber også et område med opstrømning, hvor næringsrigt vand fra det dybe hav bringes til overfladen, når strømmene flyder mod øst.

Det er ikke kun vandet, der blander sig:varmt- og køligtvandsorganismerne, der lever i de respektive strømme, flyder også sammen i et overgangsområde mellem økosystemer, kendt som en økotone. Dens indbyggere omfatter flere arter af fisk og plankton, som i sidste ende driver Japans produktive fiskeindustri og udgør en stor del af landets økonomi.

På grund af deres indvirkning på biodiversiteten, vejret og klimaet, at forstå, hvordan grænsestrømme som Kuroshio vil reagere på klimaændringer og stigende CO ₂ niveauer i atmosfæren er kritiske. I dag, disse strømme opvarmes to til tre gange hurtigere end andre områder af havet, sagde Lam.

Havmodelundersøgelser og observationsdata viser også, at Kuroshio Current Extension flytter sig nordpå og øger dens transportkapacitet, men forskerne ved endnu ikke, hvordan disse ændringer vil påvirke de organismer, der lever der, eller lokale og regionale vejr- og klimamønstre.

Den nyligt offentliggjorte forskning er den første af sin art til at rekonstruere Kuroshio, som den var for 2,5 til 5 millioner år siden, en tid, der strakte sig over både perioder med global opvarmning og afkøling, samt lukningen af ​​en større søvej i det nuværende Mellemamerika. At se på nutidens fjerne fortid kan måske besvare nogle af spørgsmålene om dens fremtid.

Tidligere og fremtidige oceaner

Under Pliocæn, som strækker sig for 2,5 til 5,3 millioner år siden, atmosfærisk CO ₂ niveauerne var tæt på dem, vi står over for i dag:omkring 350 til 450 ppm. Atmosfæren i dag har omkring 415 ppm CO ₂ .

"Den sjove del af denne periode er, at kontinenterne blev arrangeret på samme måde som i dag, hvilket gør Pliocæn til en fantastisk tidsperiode at bruge som en analog til, hvordan jordsystemet vil reagere på øget CO2 ₂ koncentrationer og opvarmning, " sagde Lam.

Der var nogle forskelle med hensyn til landmasser, hun bemærkede:Indtil for omkring 2,5 millioner år siden, der eksisterede en vandvej mellem Nord- og Sydamerika, der tillod overfladevand fra Stillehavet og Atlanterhavet at blande sig. Da den mellemamerikanske søvej lukkede, det kan have bragt Kuroshio Current Extension til sin nuværende konfiguration.

Pliocæn omfattede en periode fra 3 til 3,3 millioner år siden kendt som den midt-Piacenzian Warm Period (mPWP), which saw increased carbon dioxide levels and global warming. Once that period ended, cooling resumed, accompanied by the growth of glaciers and sea ice in the Northern Hemisphere's high latitudes.

I den nyligt offentliggjorte undersøgelse, the researchers reconstructed the Kuroshio throughout the mPWP, using chemical signatures from the fossilized shells of marine plankton that once lived in the Kuroshio region's surface waters.

"Our data indicate that during the first phase of mPWP warming in the Pliocene, the current warmed up and potentially shifted its latitudinal position northward. It then cooled back down and perhaps shifted its position back south during a brief period of global cooling, " hun sagde.

Reconstructing the current

Scientists use different techniques to reconstruct the history of an ocean current, depending on the time scale in question. For shorter timescales, they rely on observational data to see how a current's path changes seasonally, from year to year or decade to decade. But when it comes to climate change, that dataset can fall short.

"This is why it is useful and necessary to reconstruct the behavior of western boundary currents through deep time, using the sedimentary record from millions of years ago, " Lam explained. "Through the lens of the sedimentary record, the shorter-term variations in the current are 'smoothed' or averaged out, so we are essentially only able to recover signals that indicate the longer-term, larger changes of the currents."

I undersøgelsen, the researchers used the chemical signals obtained from fossil plankton that lived in the surface ocean, as well as three deep-sea sediment cores from Shatsky Rise, a location on the northwest Pacific seafloor. Planktic foraminifera have lived in the open oceans for the last 170 million years; their durable shells, called "tests, " are made of calcium carbonate and accumulate on the ocean floor when they die.

I en tidligere undersøgelse, Lam calculated the diversity of fossil plankton at each site used in the later chemical study. She found that diversity was highest at the northernmost site of Shatsky Rise, from 12 million years ago until today. This finding indicates the ecotone created by the current has been around for a very long time—and likely the Kuroshio has, også.

Researchers don't know how warm the current became during the mPWP, or how much the chemical signal is affected by salinity as well as temperature changes. To get a better picture, Lam and colleagues from other SUNY schools are currently working on a grant that would use different chemical methods to answer these questions.

"The ocean is hugely affected by climate change, and we must think about ways in which we can protect it and marine organisms. This is especially true for the Kuroshio Current Extension, as this region is home to some of the highest biodiversity in our world ocean, " Lam said.