De sydlige oceaner bidrager til at drive det globale kulstofkredsløb stærkere end forventet

Det sydlige Oceans rolle i at drive det globale kulstofkredsløb kan være stærkere end forventet, da den biologiske kulstofpumpe ikke er "slukket" om vinteren som tidligere antaget.

Baseret på den mest omfattende vinterundersøgelse til dato, udført i det sydlige ocean i juli og august 2017, forskere fra Stellenbosch University's Center for Trace and Experimental Biogeochemistry (TracEx) i Department of Earth Sciences var i stand til at vise, at fytoplankton faktisk var aktivt i de iskolde og mørke vintermåneder.

Disse resultater er vigtige for forudsigelige globale klimamodeller, som i øjeblikket overvejende er baseret på forårs- og sommersæsoner. Med tilføjelse af data fra vinteren, modellerne kan nu bedre repræsentere atmosfære-til-hav kulstofoverførselscyklussen over sæsoner. For videnskabsmænd, dette er et skridt fremad i at analysere følsomheden af ​​denne overførsel over for klimaændringer.

Planteplankton er mikroskopisk, encellede plantelignende organismer suspenderet for det meste i de øverste 100 meter af havene. Brug af sollys til energi og opløste uorganiske næringsstoffer, fytoplankton omdanner kuldioxid til organisk kulstof og danner bunden af ​​det marine fødenet. Det har vist sig, at fytoplankton er lige så vigtigt for at modificere planetens kredsløb af kulstof og kuldioxid som alle verdens landplanter tilsammen.

Dr. Ryan Cloete, en postdoc i afdelingen og førsteforfatter til to nyere publikationer om emnet, siger, at deres resultater er i modstrid med den generelle opfattelse af, at det sydlige ocean er biologisk i dvale om vinteren.

"Beslægtet med blade, der falder af træer i løbet af efteråret på grund af ugunstige vækstbetingelser, antagelsen var, at planteplankton heller ikke ville være aktivt om vinteren. Et af vores vigtigste fund er, at planteplankton faktisk er aktivt om vinteren i det sydlige ocean, dog ikke til de niveauer, vi ser om sommeren. Hvordan planteplankton er i stand til at tilpasse sig vinterforholdene er ikke godt forstået, og vores forskning i spornæringsstoffer er det første skridt i at finde ud af disse tilpasningsstrategier, " forklarer han.

Til dato, videnskabsmænd har haft meget lidt forståelse for de forhold, der karakteriserer det sydlige ocean om vinteren. Dette skyldes hovedsageligt udfordringen med at udtage prøver fra et hav i minusgrader, mens det afstiver kuling og bølger på op til 20 meter. Det er ikke uden grund, at tidlige sejlere gav tilnavnet denne strækning af det sydlige ocean mellem breddegrader 40° til 60° syd for "brølende fyrrerne", efterfulgt af "Furious Fifties" og "Screaming Sixties".

Dr. Cloete siger, at Sydhavet spiller en fundamentalt vigtig rolle i reguleringen af ​​jordens klima:"Det anslås at lagre omkring 75 % af den globale oceaniske optagelse af overskydende varme og 35 % af den globale optagelse af overskydende kulstof fra atmosfæren. Det sydlige Ocean er også det eneste hav, der direkte forbinder de tre store havbassiner, nemlig Stillehavet, Atlanterhavet og Indiske Oceaner. Med andre ord, hvad der sker i det sydlige ocean har en indflydelse på det globale hav."

Denne globale proces er drevet gennem en proces kaldet termohaline cirkulation ('termos' betyder varme og 'halin' betyder saltholdighed). Ved polerne, det kolde og tætte overfladehavvand synker til det dybe hav, hvorfra den flyder i store havstrømme for til sidst at vende tilbage til overfladen gennem blanding og vinddrevet opstrømning på de varmere breddegrader. Forskere kalder dette det store havtransportbånd, og det kan tage vand næsten tusind år at fuldføre rejsen. Det sydlige Ocean fungerer derfor som et centralt knudepunkt, hvorved indstrømmende farvande modificeres og omfordeles i hele det globale hav.

Dr. Cloete siger, at vintersæsonen i det sydlige ocean er ekstremt vigtig for at sætte den biologiske scene for forårs- og sommersæsonen:"Om vinteren, stærke storme og blæst tjener til at skabe et mere ustabilt overfladelag, som trænger ind under det stabile sommeroverfladevand, som nu er udtømt for næringsstoffer efter vækstsæsonen. Dette tillader blanding med det næringsrige vand, der findes i vandet under overfladen. Ved hjælp af øgede sollystimer og roligere hav, denne vinterpuls af næringsstoffer til overfladen hjælper med at katalysere og opretholde forårets og sommerens fytoplanktonopblomstringer, som, på tur, tiltrækker hvaler, delfiner og pingviner til Southern Ocean-buffeten fra nord.

"At observere vintersystemer hjælper os med at forstå forskellige tilpasnings- og overlevelsesstrategier for fytoplankton under ugunstige vækstbetingelser såvel som næringsgenopladningsprocesser i ekstremt næringsfattigt overfladevand i slutningen af ​​sommersæsonen. Dette er ekstremt vigtigt, da det sydlige Oceans cirkulationshub dikterer at disse farvande transporteres nordpå, påvirke havproduktiviteten i store dele af det globale hav på lav breddegrad, " forklarer han.

Prof Alakendra Roychoudhury, specialist i miljø- og marin biogeokemi ved SU og leder af TracEx-forskningsgruppen, siger, at resultaterne bekræfter Sydhavets globale indflydelse på reguleringen af ​​klimaet og det marine fødenet:"Jordsystemet er indviklet koblet gennem fysisk, kemiske og biologiske processer med selvkorrigerende feedback-sløjfer for at modulere variabilitet og ophæve klimaændringer. Vores forskning er et glimrende eksempel på denne kobling, hvor biokemiske processer sker på mikroskopisk niveau i grænsefladen mellem vand og mikroorganismer, er påvirket af storstilet havcirkulation og blanding.

"Det er svært at gennemskue, at disse mikroskopiske processer kan påvirke globale processer som opvarmning af vores planet, fordi vi ofte mangler viden om de forbundne processer og deres feedback-respons, " slutter han.

Forskningen blev offentliggjort i Marine Kemi .