Er is een nieuwe manier om de gemiddelde temperatuur van de oceaan te meten dankzij onderzoekers van Scripps Institution of Oceanography aan de University of California San Diego. In een artikel gepubliceerd in de 4 januari, 2018, uitgave van het tijdschrift Natuur , geowetenschapper Jeff Severinghaus en collega's van Scripps Oceanography en instellingen in Zwitserland en Japan hebben hun baanbrekende aanpak uiteengezet.

Het bepalen van veranderingen in de gemiddelde temperatuur van de hele wereldoceaan is een bijna onmogelijke taak gebleken vanwege de verdeling van verschillende watermassa's. Elke laag water kan drastisch verschillende temperaturen hebben, dus het bepalen van het gemiddelde over het gehele oppervlak en de diepten van de oceaan vormt een uitdaging.

Severinghaus en collega's konden deze obstakels omzeilen door de waarde indirect te bepalen. In plaats van de watertemperatuur te meten, ze bepaalden de verhouding van edelgassen in de atmosfeer, die in direct verband staan ​​met de temperatuur van de oceaan.

"Deze methode is een radicaal nieuwe manier om verandering in totale oceaanwarmte te meten, "zei Severinghaus. "Het maakt gebruik van het feit dat de atmosfeer goed gemengd is, dus een enkele meting waar ook ter wereld kan je het antwoord geven."

In de studie, de wetenschappers gemeten waarden van de edelgassen argon, krypton, en xenon in luchtbellen gevangen in ijs op Antarctica. Terwijl de oceanen opwarmen, krypton en xenon komen in bekende hoeveelheden in de atmosfeer terecht. De verhouding van deze gassen in de atmosfeer maakt het daarom mogelijk om de gemiddelde mondiale oceaantemperatuur te berekenen.

Metingen zijn genomen van ijsmonsters die zijn verzameld tijdens het West Antarctic Ice Sheet (WAIS) Divide-kernproject, waarvan Severinghaus een leider is. In de loop van zes veldseizoenen op Antarctica, een boor verwijderde ijs in cilindrische monsters van 3,7 meter (iets minder dan 9 voet) lang. Het laatste monster werd genomen op een diepte van 3, 405 meter (meer dan 11, 000 voet) in 2011. Dit record omvat bijna 100, 000 jaar en de leeftijd van de lagen kan worden bepaald tot binnen 50 jaar. De atmosfeer van de aarde vermengt zich op een schaal van weken tot maanden, dus een meting van deze luchtbellen geeft wat in wezen een wereldwijd gemiddelde is. Voor deze studie is wetenschappers concentreerden zich op monsters 8, 000 tot 22, 000 jaar oud, en verzamelde gegevens in stappen van gemiddeld 250 jaar in resolutie.

Nieuwe inzichten in de ijstijdcycli die op aarde plaatsvonden lang voordat mensen de temperatuur van de atmosfeer en oceanen begonnen te beïnvloeden, zijn nu mogelijk met behulp van de techniek van het meten van edelgashoeveelheden. De studie stelde vast dat de gemiddelde oceaantemperatuur op het hoogtepunt van de meest recente ijstijd 0,9 C (33,6 ºF) was. De gemiddelde temperatuur van de moderne oceaan is 3,5 C (38,3 ºF). De incrementele metingen tussen deze datapunten geven inzicht in het mondiale klimaat dat nooit eerder mogelijk was.

"De reden dat deze studie zo opwindend is, is dat eerdere methoden voor het reconstrueren van de warmte-inhoud van de oceaan zeer grote onzekerheden hebben over de leeftijd, [die] de meer subtiele kenmerken van de plaat gladstrijkt, " zei co-auteur Sarah Shackleton, een afgestudeerde student in het Severinghaus-lab in Scripps. "Omdat WAIS Divide zo goed gedateerd is, dit is de eerste keer dat we deze subtiele kenmerken hebben kunnen zien in het verslag van de deglaciatie. Dit helpt ons een beter inzicht te krijgen in de processen die veranderingen in de warmte-inhoud van de oceaan beheersen."

Dit artikel is het resultaat van vijftien jaar werk voor Severinghaus, samen met afgestudeerde studenten en postdoctorale wetenschappers in zijn lab. Gesprekken met een andere professor bij Scripps, atmosferische wetenschapper Ralph Keeling, bracht het idee. Keeling bestudeert de argonniveaus in de atmosfeer om een ​​vergelijkbaar record van oceaanwarmte te krijgen die enkele decennia teruggaat. Echter, luchtbellen opgesloten in ijs behouden het argongehalte niet nauwkeurig. Severinghaus ontdekte dat xenon en krypton goed bewaard blijven in ijskernen, die de temperatuurinformatie levert die vervolgens kan worden gebruikt door wetenschappers die vele andere aspecten van de oceanen en atmosfeer van de aarde gedurende honderdduizenden jaren bestuderen.

Vooruit gaan, de verhoudingen van deze zelfde edelgassen kunnen worden bepaald uit atmosferische monsters die overal ter wereld zijn genomen. Bijvoorbeeld, een meting van de Ellen Browning Scripps Memorial Pier in La Jolla geeft een globaal gemiddelde van de oceaantemperatuur weer. Severinghaus hoopt de procedure te verfijnen.

"Onze precisie is nu ongeveer 0,2 ºC (0,4 ºF), en de opwarming van de afgelopen 50 jaar is slechts ongeveer 0,1 ºC, " hij zei, eraan toevoegend dat geavanceerde apparatuur nauwkeurigere metingen kan leveren, waardoor wetenschappers deze techniek kunnen gebruiken om de huidige opwarmingstrend in de oceanen van de wereld te volgen.

Tot dit punt, de beste schattingen zijn afkomstig van het Argo-programma, een netwerk van meer dan 3, 800 robotachtige drijvers verspreid over de oceanen van de wereld die temperatuur en andere eigenschappen meten en de gegevens via satelliet rapporteren.

Scripps beheert het Argo Project Office en is een van de tientallen instellingen die wereldwijd deelnemen sinds de oprichting in 2000. De praalwagens, echter, zijn voornamelijk beperkt tot ijsvrije gebieden en dalen slechts af tot een diepte van 2, 000 meter (6, 500 voet), grote sleutelgebieden onbestudeerd laten in de zoektocht naar een wereldwijd oceaantemperatuurgemiddelde.

Met deze studie, Severinghaus en collega's hebben aangetoond dat metingen van edelgassen in de atmosfeer het historische record opleveren waarnaar de wetenschappelijke gemeenschap lang heeft gezocht, en kan verder worden geoptimaliseerd om ook inzicht te krijgen in moderne oceaantemperatuurveranderingen.