Meer dan 100 oceanische drijvers duiken en drijven nu in de Zuidelijke Oceaan rond Antarctica tijdens de piek van de winter. Deze instrumenten verzamelen gegevens van een plaats en seizoen die nog steeds zeer slecht bestudeerd zijn, ondanks zijn belangrijke rol bij het reguleren van het mondiale klimaat.

Een nieuwe studie van de Universiteit van Washington, het Monterey Bay Aquarium Research Institute, Princeton University en verschillende andere oceanografische instellingen gebruiken gegevens die de afgelopen winters door de drijvende drones zijn verzameld om erachter te komen hoeveel koolstofdioxide door de omringende zeeën wordt overgedragen. De resultaten tonen aan dat in de winter het open water dat zich het dichtst bij het zee-ijs rond Antarctica bevindt, aanzienlijk meer koolstofdioxide afgeeft dan eerder werd aangenomen.

"Deze resultaten kwamen als een grote verrassing, omdat uit eerdere studies bleek dat de Zuidelijke Oceaan veel koolstofdioxide absorbeerde, " zei hoofdauteur Alison Gray, een UW-assistent-professor oceanografie. "Als dat niet waar is, zoals deze gegevens suggereren, dan betekent het dat we de rol van de Zuidelijke Oceaan in de koolstofcyclus en in het klimaat moeten heroverwegen."

Het papier is gepubliceerd op 14 augustus in Geofysische onderzoeksbrieven .

De gegevens zijn verzameld via het project Southern Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM) aan de Princeton University. De Nationale Wetenschapsstichting, via haar Office of Polar Programs, financierde de $ 21 miljoen inspanning om tientallen drijvende robots te plaatsen om het water rond Antarctica te volgen en te leren hoe het functioneert in het wereldwijde klimaatsysteem.

"Dit is wetenschap op zijn meest opwindende - een grote uitdaging voor ons huidige begrip, mogelijk gemaakt door buitengewone observaties van de toepassing van nieuwe technologieën om voorheen onontgonnen gebieden van de oceaan te bestuderen, ", zei co-auteur en SOCCOM-directeur Jorge Sarmiento van Princeton University. Gray voerde het onderzoek uit als postdoctoraal onderzoeker in de onderzoeksgroep van Sarmiento.

"Onze waarnemingen hebben belangrijke implicaties voor ons begrip van de wereldwijde koolstofcyclus, "Zei Sarmiento. "We ontdekken dat de Zuidelijke Oceaan momenteel bijna neutraal is met betrekking tot de verwijdering van koolstof uit de atmosfeer, in tegenstelling tot eerdere studies die suggereren dat er een grote opname van koolstof is door de Zuidelijke Oceaan. Deze resultaten kunnen worden verzoend als er een overeenkomstige niet-geobserveerde koolstofopname wacht om ergens anders in de oceaan ontdekt te worden."

Eerdere wintermetingen in de regio waren voornamelijk afkomstig van schepen die over Drake Passage reisden om Antarctische onderzoeksstations te bevoorraden. Die gegevens waren schaars.

"Na vier jaar SOCCOM, de overgrote meerderheid van de informatie over de chemie van de Zuidelijke Oceaan komt van deze drijvers, Gray zei. "We hebben meer metingen van de afgelopen jaren dan alle decennia daarvoor."

Er zijn redenen waarom er zo weinig eerdere wintermetingen zijn. Stormen op Antarctica behoren tot de hevigste ter wereld. In de winter, de circumpolaire stroming en wind hebben geen barrière om rond het continent te scheuren. De gemiddelde storm duurt vier dagen, zei Grijs. De gemiddelde tijd tussen stormen is zeven dagen.

"In de winter is het erg stormachtig, en de wind is extreem sterk, en het is donker, ' zei Gray. 'Het zou een behoorlijk ongelukkige plek zijn om op een schip te zijn.'

Het SOCCOM-project is gestart omdat deze regio ook een unieke rol speelt in het klimaat. Het is een van de weinige plaatsen waar water dat eeuwenlang in de diepe oceaan heeft doorgebracht, helemaal naar de oppervlakte reist om zich weer bij de oppervlaktestromingen te voegen en contact te maken met de atmosfeer.

Koolstofatomen bewegen tussen rotsen, rivieren, planten, oceanen en andere bronnen in een levenscyclus op planeetschaal. Het leren van de snelheid van deze verschillende overdrachten helpt bij het voorspellen van de langetermijnniveaus van kooldioxide, een molecuul dat vrijkomt bij de verbranding van fossiele brandstoffen die, wanneer het zich ophoopt in de atmosfeer, houdt warmte vast.

De nieuwe waarnemingen werden verzameld door drijvende instrumenten die met de stroming meedrijven en hun drijfvermogen kunnen regelen om waarnemingen op verschillende diepten te verzamelen. De instrumenten duiken tot 1 kilometer diep en drijven negen dagen met de stroming mee. Vervolgens zakken ze nog verder, tot 2 kilometer, en ga dan terug naar de oppervlakte terwijl je de watereigenschappen meet. Nadat ze aan de oppervlakte zijn gekomen, zenden ze hun waarnemingen via satelliet terug naar de kust.

In tegenstelling tot de meer gebruikelijke Argo-dobbers, die alleen de oceaantemperatuur en het zoutgehalte meten, de SOCCOM-drijvers bewaken ook opgeloste zuurstof, stikstof en pH. Het nieuwe artikel gebruikt de pH-metingen om de hoeveelheid opgeloste kooldioxide te berekenen, en gebruikt dat vervolgens om erachter te komen hoe sterk het water koolstofdioxide absorbeert of afgeeft aan de atmosfeer.

Kijkend naar cirkels van toenemende afstand tot de Zuidpool, de auteurs vinden dat in de winter het open water naast de met zee-ijs bedekte wateren rond Antarctica aanzienlijk meer koolstofdioxide afgeeft dan verwacht aan de atmosfeer.

"Het is niet verwonderlijk dat het water in deze regio ontgassen, omdat het diepe water uitzonderlijk rijk is aan koolstof, " zei Gray. "Maar we hebben de omvang van de ontgassing onderschat omdat we zo weinig gegevens van de wintermaanden hadden. Dat betekent dat de Zuidelijke Oceaan niet zoveel koolstof opneemt als we dachten."

De gepubliceerde studie analyseert gegevens die zijn verzameld door 35 drijvers tussen 2014 en 2017. Gray analyseert nu nieuwere gegevens van meer instrumenten om seizoens- of meerjarige trends te identificeren. waar de patronen van het ene jaar op het andere kunnen veranderen.

"Er is zeker een sterke variabiliteit op decadale schalen in de Zuidelijke Oceaan, " zei Gray. "En de modellen zijn echt overal in deze regio. De drijvers van SOCCOM leveren nu gegevens op tijden en plaatsen waar we voorheen vrijwel niets hadden, en dat is van onschatbare waarde voor het beperken van de modellen en het begrijpen van deze trends."

Het verkrijgen van dit soort gegevens is buitengewoon moeilijk in de Zuidelijke Oceaan, dat tot de meest turbulente watermassa's ter wereld behoort, maar tegelijkertijd is het van vitaal belang om een ​​alomvattend globaal beeld op te bouwen van hoe koolstofdioxide in de atmosfeer interageert met de polaire oceanen.

"Antarctische wateren, tot nu, een gegevensarme regio zijn geweest voor dit soort metingen, " zei Peter Milne, programmamanager voor oceaan- en atmosferische wetenschap bij het NSF Office of Polar Programs. "SOCCOM, gebruikmakend van technologieën die voorheen niet beschikbaar waren voor onderzoekers, bewijst nu al zijn waarde door informatie te verzamelen die anders grotendeels onbereikbaar zou blijven."