De Beaufort Gyre is een enorme, 600 mijl brede poel van kolkende koude, zoet water in de Noordelijke IJszee, net ten noorden van Alaska en Canada. In de winter, deze stroom is bedekt met een dikke laag ijs. Elke zomer, terwijl het ijs wegsmelt, de blootgestelde gyre verzamelt zee-ijs en rivierafvoer, en trekt het naar beneden om een ​​enorm reservoir met ijskoud zoet water te creëren, gelijk aan het volume van alle Grote Meren samen.

Wetenschappers van MIT hebben nu een sleutelmechanisme geïdentificeerd, die ze de "gouverneur van de ijsoceaan, " die bepaalt hoe snel de Beaufort-gyre draait en hoeveel zoet water hij opslaat. In een artikel dat vandaag is gepubliceerd in Geofysische onderzoeksbrieven , de onderzoekers melden dat de ijsbedekking van het noordpoolgebied in wezen een snelheidslimiet bepaalt voor de draaiing van de gyre.

In de afgelopen twee decennia is omdat de temperatuur wereldwijd is gestegen, het zomerijs van het noordpoolgebied is geleidelijk kleiner geworden. Het team heeft geconstateerd dat met minder ijs beschikbaar om de spin van de Beaufort Gyre te controleren, de stroom is de afgelopen jaren versneld, meer zee-ijs verzamelen en uitzetten in zowel volume als diepte.

Als de mondiale temperatuur blijft stijgen, de onderzoekers verwachten dat het mechanisme dat de spin van de gyre regelt, zal afnemen. Zonder gouverneur om zijn snelheid te beperken, de onderzoekers zeggen dat de gyre waarschijnlijk zal overgaan in "een nieuw regime" en uiteindelijk zal overslaan, als een overlopend bad, het vrijgeven van enorme hoeveelheden koude, zoet water in de Noord-Atlantische Oceaan, die het wereldwijde klimaat en de oceaancirculatie kunnen beïnvloeden.

"Deze veranderende ijslaag in het noordpoolgebied verandert het systeem dat de Beaufort Gyre aandrijft, en het veranderen van de stabiliteit en intensiteit, " zegt Gianluca Meneghello, een onderzoekswetenschapper in het MIT's Department of Earth, Atmosferische en planetaire wetenschappen. "Als al dit zoete water vrijkomt, het zal de circulatie van de Atlantische Oceaan beïnvloeden."

Meneghello is een co-auteur van het artikel, samen met John Marshall, de Cecil en Ida Green hoogleraar oceanografie, Jean-Michel Campin en Edward Doddridge van MIT, en Mary-Louise Timmermans van Yale University.

Een "nieuwe Arctische oceaan"

Er zijn in het verleden een handvol keren geweest dat de Beaufort Gyre overstroomde, beginnend met de Great Salinity Anomaly in de late jaren zestig, toen de gyre een golf van kou stuurde, zoet water naar het zuiden. Zoet water heeft het potentieel om de kantelende circulatie van de oceaan te dempen, oppervlaktetemperaturen en misschien stormachtigheid en klimaat beïnvloeden.

Soortgelijke gebeurtenissen zouden zich kunnen voordoen als het poolijs dat de spin van de Beaufort Gyre beheerst, elk jaar blijft afnemen.

"Als deze ijsoceaan-gouverneur weggaat, dan zullen we eindigen met in wezen een nieuwe Noordelijke IJszee, ' zegt Marshall.

"De natuur heeft een natuurlijke gouverneur"

De onderzoekers begonnen enkele jaren geleden met het onderzoeken van de dynamiek van de Beaufort Gyre. In die tijd, ze gebruikten metingen van satellieten tussen 2003 en 2014, om de beweging van de Arctische ijsbedekking te volgen, samen met de snelheid van de poolwind. Ze gebruikten deze metingen van ijs- en windsnelheid om in te schatten hoe snel de Beaufort Gyre moet dalen, of draaiend onder het ijs. Maar het aantal dat ze bedachten was veel kleiner dan ze hadden verwacht.

"We dachten dat er een codeerfout was, "Herinnert Marshall zich. "Maar het bleek dat er iets anders was dat terugschopte." Met andere woorden, er moet een ander mechanisme zijn dat beperkend was, of vertragen, de draai van de gyre.

Het team herberekende de snelheid van de gyre, deze keer door schattingen van de oceaanstroomactiviteit in en rond de gyre op te nemen, die ze afleidden uit satellietmetingen van de hoogte van het zeeoppervlak. De nieuwe schatting Meneghello zegt, was "veel redelijker."

In deze nieuwe krant de onderzoekers bestudeerden het samenspel van ijs, wind, en oceaanstromingen dieper, met een hoge resolutie, geïdealiseerde weergave van de oceaancirculatie op basis van het MIT General Circulation Model, gebouwd door de groep van Marshall. Ze gebruikten dit model om de seizoensgebonden activiteit van de Beaufort Gyre te simuleren terwijl het poolijs elk jaar uitzet en terugwijkt.

Ze ontdekten dat in het voorjaar terwijl het poolijs wegsmelt, de gyre wordt blootgesteld aan de wind, die werkt om de oceaanstroom op te zwepen, waardoor het sneller draait en meer zoet water aanzuigt uit de rivierafvoer en smeltend ijs van de Noordpool. In de winter, terwijl de Arctische ijskap uitzet, het ijs fungeert als een deksel, de gyre afschermen van de snel bewegende wind. Als resultaat, de gyre draait tegen de onderkant van het ijs en vertraagt ​​uiteindelijk.

"Het ijs beweegt veel langzamer dan de wind, en wanneer de gyre de snelheid van het ijs bereikt, op dit punt, er is geen wrijving - ze draaien samen, en er is niets dat een spanning uitoefent [om de gyre te versnellen], "zegt Meneghello. "Dit is het mechanisme dat de snelheid van de gyre regelt."

"In mechanische systemen, de gouverneur, of begrenzer, treedt in werking als dingen te snel gaan, Marshall voegt eraan toe. "We ontdekten dat de natuur een natuurlijke gouverneur heeft in het noordpoolgebied."

Marshall en Meneghello merken op dat, aangezien de Arctische temperaturen de afgelopen twee decennia zijn gestegen, en het zomerijs is met elk jaar geslonken, de snelheid van de Beaufort Gyre is toegenomen. De stromingen zijn veranderlijker en onvoorspelbaarder geworden, en worden slechts in geringe mate afgeremd door de terugkeer van ijs in de winter.

"Op een gegeven moment, als deze trend zich voortzet, de gyre kan al dit zoete water dat het naar beneden trekt niet doorslikken, " zegt Marshall. Uiteindelijk, de dijk zal waarschijnlijk breken en de gyre zal barsten, het vrijgeven van honderden miljarden liters koude, zoet water in de Noord-Atlantische Oceaan.

Een steeds onstabielere Beaufort-gyre kan ook de halocline van het noordpoolgebied verstoren - de laag oceaanwater die onder het koude zoete water van de gyre ligt, die het van veel dieper isoleert, warmer, en zouter water. Als de halocline op de een of andere manier wordt verzwakt door een meer instabiele gyre, dit kan ertoe leiden dat warmere wateren opstijgen, verder smelten van het poolijs.

"Dit maakt deel uit van wat we zien in een opwarmende wereld, " zegt Marshall. "We weten dat de wereldwijde gemiddelde temperaturen stijgen, maar de Arctische temperaturen stijgen nog meer. Het noordpoolgebied is dus erg kwetsbaar voor klimaatverandering. En we gaan een periode doormaken waarin de gouverneur weggaat, eigenlijk."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), een populaire site met nieuws over MIT-onderzoek, innovatie en onderwijs.