Met behulp van onderwaterrobots in de wateren rond Antarctica, wetenschappers van Caltech hebben aangetoond dat de kruising van sterke stromingen met de helling van landmassa's die oprijzen vanaf de oceaanbodem een ​​belangrijke bijdrage levert aan de vermenging van verschillende wateren in de Zuidelijke Oceaan. Een studie over het onderzoek werd online gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Geowetenschappen op 30 oktober.

Om de belangrijke rol van de zeebodem bij het mengen van oceaanwater te begrijpen, stel je een vloeistof voor in een blender. Het mengen van de vloeistof gebeurt niet gelijkmatig door de blender; liever, de vloeistof mengt zich sneller dichter bij de draaiende bladen aan de onderkant dan aan de bovenkant. Hoe dan ook, de sterkte en snelheid van de messen bepaalt de mate waarin het materiaal door de container wordt gemengd.

evenzo, in de oceaan, globale watereigenschappen kunnen afhangen van zeer lokale mengprocessen. Onderzoekers zijn geïnteresseerd in het begrijpen waar en hoe deze vermenging plaatsvindt, omdat het de grootschalige circulatie van de oceaan regelt en zijn vermogen om koolstofdioxide op te slaan. (De oceaan slaat atmosferische koolstofdioxide op door het op te nemen in het oppervlaktewater en dan, het in de diepe oceaan duwen met een snelheid die wordt gecontroleerd door oceaanmenging. De koolstof blijft honderden tot duizenden jaren in de diepe oceaan voordat het weer naar de oppervlakte terugkeert.)

"De meeste wereldwijde oceaanobservaties verkrijgen metingen in de open oceaan of in de bovenste lagen van het water, terwijl ons onderzoek aantoont dat belangrijke mengprocessen kunnen plaatsvinden in de diepe oceaan in dunne lagen over een glooiende topografie, " zegt senior auteur Andrew Thompson, hoogleraar milieuwetenschappen en techniek aan Caltech.

Thompson en zijn collega's hebben twee autonome onderwaterdrones ingezet, of "zweefvliegtuigen, " gedurende een periode van acht maanden in de loop van anderhalf jaar in de Zuidelijke Oceaan, die Antarctica omringt. Het team concentreerde zich op de regio rond Drake Passage, de 1, 000 kilometer brede waterweg tussen Antarctica en Zuid-Amerika.

De zweefvliegtuigen waren in staat om diepten van 1 te bereiken, 000 meter - soms bijna over de bodem. Ze dragen instrumenten om de temperatuur te meten, zoutgehalte, de hoeveelheid van verschillende voedingsstoffen zoals stikstof en ijzer, en andere variabelen. Als de zweefvliegtuigen aan de oppervlakte komen, zij geven deze gegevens regelmatig door aan Thompson en zijn collega's. Op deze manier, ze waren in staat om sterke vermenging te documenteren die plaatsvond in dunne lagen in de wateren nabij de "randen" van de kustlijn, waar oceaanstromingen tegen de stijgende continentale massa van Antarctica wrijven.

"Er is groeiend bewijs dat topografie een grotere rol speelt in oceanografische vermenging dan we eerder hadden vermoed, " zegt hoofdauteur Xiaozhou Ruan, een afgestudeerde Caltech-student. "Hoewel dit grensgebied een klein deel van de oceaan vertegenwoordigt, de interactie tussen water en continentale topografie speelt een buitenmaatse rol bij het mengen."

Een dergelijke vermenging is voorspeld door oceaancirculatiemodellen met hoge resolutie, maar dit is de eerste keer dat het direct is waargenomen gedurende een periode van vele maanden. Het documenteren van deze fysieke processen en het verbeteren van ons begrip van waar en hoe ze ontstaan, kan ons vermogen verbeteren om de veranderingen in de oceaancirculatie en in het klimaat op aarde in het verleden en in de toekomst te simuleren, Thompson en zijn collega's zeggen.

Volgende, het team is van plan om meerdere zweefvliegtuigen in te zetten in de Bellingshausen Zee, gelegen ten westen van het Antarctisch Schiereiland, waar oceaanprocessen bijdragen aan de hoge smeltsnelheden van de drijvende Antarctische ijsplaten die de West-Antarctische ijskap ondersteunen.

De studie is getiteld "Bijdrage van topografisch gegenereerde turbulentie op submesoschaal aan het kantelen van de Zuidelijke Oceaan."