Forskere spåner fremtiden for Jordens isdækkede oceaner ved deres barske udkanter

En af de hårdeste og mest dynamiske regioner på Jorden er den marginale iszone - stedet, hvor havets bølger møder havis, som er dannet ved frysning af havets overflade.

Udgivet i dag, et temanummer af tidsskriftet Philosophical Transactions of the Royal Society A gennemgår de hurtige fremskridt, forskere har gjort i løbet af det sidste årti med at forstå og modellere dette udfordrende miljø.

Denne forskning er afgørende for, at vi bedre kan forstå de komplekse samspil mellem Jordens klimasystemer. Det er fordi den marginale iszone spiller en rolle i sæsonbestemt frysning og optøning af havene.

Et barskt sted at studere

I Arktis og Antarktis er overfladehavtemperaturerne vedvarende under -2℃ - kolde nok til at fryse, hvilket danner et lag af havis.

På de højeste breddegrader tættere på polerne danner havisen et solidt, flere meter tykt låg på havet, der reflekterer Solens stråler, afkøler regionen og driver køligt vand rundt i havene. Dette gør havis til en nøglekomponent i klimasystemet.

Men på lavere breddegrader, når det isdækkede hav overgår til det åbne hav, dannes havisen til mindre, meget mere mobile bidder kaldet "flager", som er adskilt af vand eller en opslæmning af iskrystaller.

Denne marginale iszone interagerer med atmosfæren over og havet nedenunder på en meget anderledes måde end isdække tættere på polerne.

Det er et udfordrende miljø for videnskabsmænd at arbejde i, med en rejse ind i den marginale iszone omkring Antarktis i 2017, hvor de oplever vinde mere end 90 km/t og bølger mere end 6,5 m høje. Det er også svært at observere på afstand, fordi flagerne er mindre end hvad de fleste satellitter kan se.

Knust af bølger

Den marginale iszone interagerer også med det åbne hav via overfladebølger, som bevæger sig fra det åbne vand ind i zonen og påvirker isen. Bølgerne kan have en ødelæggende effekt på isdækket ved at bryde store flager op og efterlade dem mere modtagelige for smeltning om sommeren.

Om vinteren kan bølger derimod fremme dannelsen af ​​"pandekageflager", såkaldte, fordi de er tynde skiver af havis (du kan se dem på billedet ovenfor).

Men selve bølgeenergien går tabt under interaktioner med isflager, så bølgerne gradvist bliver svagere, efterhånden som de bevæger sig dybere ind i den marginale iszone. Dette producerer bølge-is-feedback-mekanismer, der driver havisens udvikling i et skiftende klima.

For eksempel vil en tendens til varmere temperaturer svække isdækket, hvilket gør det muligt for bølger at rejse dybere ind i isdækkede oceaner og forårsage mere opbrud, hvilket yderligere svækker isdækket – og så videre.

Forskere, der studerer dynamik i marginale iszoner, sigter mod at forbedre vores forståelse af zonens rolle i de dramatiske og ofte forvirrende ændringer, som verdens havisen gennemgår som reaktion på klimaændringer.

For eksempel er havisen i det arktiske hav "faldet med omkring halvdelen siden 1980'erne." I Antarktis har havisen for nylig haft både en af ​​sine største og mindste registrerede udstrækninger, hvor den marginale iszone er en kilde til år-til-år variation.

Vores fremskridt med at forstå disse barske regioner har kredset om store internationale forskningsprogrammer, drevet af USA's Office of Naval Research og andre. Disse programmer involverer jordforskere, geofysikere, oceanografer, ingeniører og endda anvendte matematikere (som os).

Nylige bestræbelser har produceret innovative observationsteknikker, såsom en metode til at 3D-billede bølge- og isflagerdynamik i den marginale iszone fra ombord på en isbryder og fange bølger-i-is fra satellitbilleder.

De har også resulteret i nye modeller, der er i stand til at simulere samspillet mellem bølger og is fra niveauet af individuelle flager til den overordnede adfærd af hele oceaner. Fremskridtene har motiveret et australsk ledet flermåneders eksperiment i den antarktiske marginaliszone på den nye $500 mio. isbryder RSV Nuyina, som forventes næste år.

Den marginale iszone bliver en stadig vigtigere bestanddel af verdens havisen i fremtiden, efterhånden som temperaturerne stiger og bølgerne bliver mere ekstreme.

På trods af de hurtige fremskridt er der stadig et stykke vej igen, før forståelsen af ​​feedback-processer i den marginale iszone udmønter sig i forbedrede klimaforudsigelser, der bruges af f.eks. International Panel on Climate Change Assessment Reports.

At inkludere den marginale iszone i klimamodeller er blevet beskrevet som den "hellige gral" for feltet af en af ​​dets ledende skikkelser, og temanummeret peger på tættere bånd til det bredere klimasamfund som den næste store retning for feltet. + Udforsk yderligere

Is, vind og hav

Denne artikel er genudgivet fra The Conversation under en Creative Commons-licens. Læs den originale artikel.