Antarctica heeft een stroming die de landmassa omcirkelt als onderdeel van de Zuidelijke Oceaan. Deze stroom wordt de Antarctische Circumpolaire Stroom genoemd. Wanneer de westenwinden sterker worden tijdens de zomer van het zuidelijk halfrond, wateren ten zuiden van de stroming verzuren sneller dan kan worden verklaard door koolstofdioxide uit de atmosfeer alleen. Het tegenovergestelde patroon werd waargenomen ten noorden van de stroming.

Waarom gebeurt dit en waarom is het belangrijk?

Professor Wei-Jun Cai van de Universiteit van Delaware schreef mee aan een paper dat verscheen in Natuurcommunicatie en beantwoordt die vragen.

Onderzoekers die bij het onderzoek betrokken waren, zeggen dat deze effecten te wijten zijn aan een combinatie van processen die worden aangedreven door deze westenwinden - een theorie die werd bevestigd door twee decennia aan waarnemingsgegevens uit het zuiden van Tasmanië.

Het begrijpen van de factoren die de verzuring van de oceaan beheersen, is belangrijk om de impact te voorspellen die de veranderende chemie van de oceaan in de toekomst zal hebben op mariene organismen en ecosystemen. De Zuidelijke Oceaan, ook wel de Antarctische Oceaan genoemd, is een cruciale plaats om deze mechanismen te bestuderen vanwege zijn enorme capaciteit om koolstofdioxide uit de atmosfeer op te slaan, een cruciaal onderdeel van klimaatverandering.

Gegevensgestuurde resultaten komen ten goede aan toekomstige voorspellingsmodellen

De vierde grootste oceaan, de Zuidelijke Oceaan heeft van nature een lage pH en verzadigingstoestand voor aragoniet, een carbonaatmineraal dat mariene organismen nodig hebben om hun schelpen te bouwen. Dit wordt toegeschreven aan de koude temperaturen in de Zuidelijke Oceaan, die gemiddeld -2 tot 7 graden Celsius (ongeveer 28 tot 45 graden Fahrenheit), en sterke verticale menging door de waterkolom.

Door deze koude temperaturen en diepe menging, de koolstofdioxide die aan het wateroppervlak wordt geabsorbeerd, kan snel worden overgebracht naar en opgeslagen in de diepe gebieden van de Zuidelijke Oceaan, in tegenstelling tot de meeste oceanen op lagere breedtegraden, waar enorme temperatuurverschillen voorkomen dat het oppervlaktewater en de diepe oceaan zich vermengen.

Naarmate het kooldioxidegehalte in de atmosfeer blijft stijgen, echter, oppervlaktewateren in de Zuidelijke Oceaan zullen naar verwachting steeds kwetsbaarder worden voor oceaanverzuring.

"De Zuidelijke Oceaan is een venster op de diepe oceaan, " zei Cai, een expert in anorganische koolstofchemie en de Mary A.S. Lighthipe stoel van de aarde, Oceaan en Milieu bij UD. "Een beter begrip van de mechanismen van oceaanverzuring hier kan helpen bij het verbeteren van voorspellingsmodellen voor hoeveel atmosferische koolstofdioxide de oceaan hier en elders kan opnemen."

Op het zuidelijk halfrond, de belangrijkste manier waarop de atmosfeer varieert, is door wat bekend staat als de Southern Annual Mode (SAM). Als deze modus van het ene uiterste naar het andere verandert, het drukverschil zorgt ervoor dat de gordel van westenwinden (of straalstroom) rond Antarctica naar het noorden of zuiden beweegt. Wanneer de straalstroom van lucht sterker wordt (een positieve SAM-trend), het trekt samen in de richting van Antarctica. Wanneer de jetstream verzwakt (een negatieve SAM-trend), het breidt zich naar het noorden uit in de richting van de evenaar.

In hun studie hebben de onderzoekers onderzochten hoe westelijke winden de snelheid van verzuring van de oceaan reguleren, met behulp van continue gegevensmetingen van kooldioxide uit het zuiden van Tasmanië, vastgelegd over twee contrasterende decennia, 1991-2000 en 2001-2011. De onderzoekers schreven de verhoogde verzuring toe aan de westelijke winden die meer zure wateren horizontaal transporteerden van locaties op hogere breedtegraden naar de evenaar en verticaal van de ondergrond naar het oppervlak.

"Als je een drukverschil hebt, je hebt een sterkere wind en de wind beweegt altijd van hoge druk naar lage druk, drijven van de oppervlakte-oceaanstromingen van het ene punt naar het andere. In de fysische oceanografie noemen we dit door de wind aangedreven Ekman-transport, ' zei Cai.

Als de westenwind afneemt, het resultaat is het tegenovergestelde en minder zuur oppervlaktewater wordt naar de Zuidpool getransporteerd.

"Of we dit in de Chesapeake Bay bestuderen, de Golf van Mexico of de Zuidelijke Oceaan, het is allemaal dezelfde reden dat er een andere bron van kooldioxide of verzuurd water in het studiegebied komt. Maar afhankelijk van de locatie, dit mechanisme kan zich anders manifesteren, ' zei Cai.

Deze vermenging van de Zuidelijke Oceaan strekt zich uit tot een diepte van ongeveer 300 tot 400 meter (ongeveer 1, 000 tot 1, 300 voet). Dit gaat veel dieper dan zeggen, in de Chesapeake Bay of de zuurstofarme Golf van Mexico, waar de diepste gebieden van het water slechts 20 tot 50 meter diep zijn.

In theorie, als atmosferische kooldioxide toeneemt, koolstofdioxidegehalte in de oceaan (d.w.z. oceaanverzuring) zou parallel moeten toenemen. Echter, Cai legde uit dat opwelling van diepere wateren die meer koolstofdioxide bevatten, gecombineerd met oceaancirculatiepatronen, of het mengen van verschillende lagen van de oceaan, kan ervoor zorgen dat de pH en carbonaatverzadiging van het water behoorlijk variëren. Cai zei, hoewel er een paar recente artikelen op dit gebied zijn, hij en zijn collega's zijn de eersten die met directe data laten zien dat dit wordt veroorzaakt door windstress.

"Er is veel discussie over dit onderwerp, maar als het in elkaar zit, de gegevens van twee decennia gaven een consistent verhaal dat oceaancirculatiepatronen echt van invloed zijn op de verzuring van de oceaan, ' zei Cai.

Dus, wat heeft de Zuidelijke Oceaan met Delaware te maken?

"De Zuidelijke Oceaan is een gebied dat het koolstofdioxidesignaal van de diepe oceaan echt verandert vanwege deze snelle vermenging met de diepe oceaan, "zei Cai. "Daarom, wanneer windsnelheden ervoor zorgen dat de waterlagen zich vermengen en circulatiepatronen veranderen, het kan echt veranderingen teweegbrengen die belangrijk kunnen zijn voor de wereldwijde oceaan, en in het algemeen, zou uiteindelijk andere gebieden beïnvloeden, inclusief de Atlantische Oceaan."