Het winterijs op het oppervlak van de Weddellzee in Antarctica vormt af en toe een enorm gat. Een gat dat in 2016 en 2017 verscheen, trok intense nieuwsgierigheid van wetenschappers en verslaggevers. Hoewel er decennia eerder nog grotere hiaten waren ontstaan, dit was de eerste keer dat oceanografen de kans kregen om de onverwachte kloof in het Antarctische winterse zee-ijs echt te observeren.

Een nieuwe studie onder leiding van de Universiteit van Washington combineert satellietbeelden van de zee-ijsbedekking, robotzwervers en zelfs zeehonden uitgerust met sensoren om het fenomeen beter te begrijpen. Het onderzoek onderzoekt waarom dit gat in slechts enkele jaren verschijnt, en welke rol het zou kunnen spelen in de grotere oceaancirculatie.

De studie werd op 10 juni gepubliceerd in het tijdschrift Natuur .

"We dachten dat dit grote gat in het zee-ijs - bekend als een polynya - iets was dat zeldzaam was, misschien een proces dat uitgestorven was. Maar de gebeurtenissen in 2016 en 2017 dwongen ons om dat opnieuw te evalueren, " zei hoofdauteur Ethan Campbell, een UW-promovendus in oceanografie. "Waarnemingen laten zien dat de recente polynyas zijn ontstaan ​​door een combinatie van factoren - een daarvan is de ongebruikelijke oceaanomstandigheden, en de andere is een reeks zeer intense stormen die met bijna orkaankracht over de Weddellzee wervelden."

Een "polynya, " een Russisch woord dat ruwweg betekent "gat in het ijs, " kan zich dicht bij de kust vormen als wind het ijs rondstuwt. Maar het kan ook ver van de kust verschijnen en weken tot maanden blijven hangen, waar het fungeert als een oase voor pinguïns, walvissen en zeehonden om op te duiken en te ademen.

Deze specifieke plek ver van de Antarctische kust heeft vaak kleine openingen en heeft eerder grote polynyas gezien. De grootste bekende polynyas op die locatie waren in 1974, 1975 en 1976, net nadat de eerste satellieten werden gelanceerd, toen een gebied zo groot als Nieuw-Zeeland drie opeenvolgende Antarctische winters ijsvrij bleef ondanks luchttemperaturen ver onder het vriespunt.

Campbell kwam in 2016 als afstudeerstudent bij de UW om dit mysterieuze fenomeen beter te begrijpen. In een meevaller van wetenschappelijk geluk, een grote verscheen voor het eerst in decennia. Een NASA-satellietbeeld in augustus 2016 vestigde de aandacht van het publiek op een 33, 000 vierkante kilometer (13, 000 vierkante mijl) gat dat gedurende drie weken verscheen. Een nog grotere kloof van 50, 000 vierkante kilometer (19, 000 vierkante mijl) verscheen in september en oktober 2017.

Men denkt dat de Zuidelijke Oceaan een sleutelrol speelt in de wereldwijde oceaanstromingen en koolstofcycli, maar zijn gedrag wordt slecht begrepen. Het herbergt enkele van de hevigste stormen ter wereld, met winden die ononderbroken rond het continent zwiepen in de 24-uurs duisternis van de poolwinter. De nieuwe studie maakte gebruik van waarnemingen van het project Carbon and Climate Observations and Modelling in de Zuidelijke Oceaan, of SOCCOM, die instrumenten uitstraalt die met de stroming meedrijven om de Antarctische omstandigheden te bewaken.

De studie gebruikte ook gegevens van het langlopende Argo-observatieprogramma voor de oceaan, zeeolifanten die gegevens terugsturen naar de kust, weerstations en tientallen jaren aan satellietbeelden.

"Deze studie toont aan dat deze polynya eigenlijk wordt veroorzaakt door een aantal factoren die allemaal op één lijn moeten worden gebracht om het te laten gebeuren, " zei co-auteur Stephen Riser, een UW hoogleraar oceanografie. "In een bepaald jaar kunnen er meerdere van deze dingen gebeuren, maar tenzij je ze allemaal krijgt, dan krijg je geen polynya."

De studie toont aan dat wanneer de wind rond Antarctica dichter bij de kust komt, ze bevorderen een sterkere opwaartse menging in de oostelijke Weddellzee. In die regio, een onderwaterberg die bekend staat als Maud Rise dwingt dicht zeewater eromheen en laat een draaiende draaikolk boven. Twee SOCCOM-instrumenten zaten vast in de vortex boven Maud Rise en registreerden daar jarenlange observaties.

Analyse toont aan dat wanneer de oppervlakte van de oceaan bijzonder zout is, zoals te zien in 2016, sterke winterstormen kunnen een omslaande circulatie veroorzaken. Warmer, zouter water uit de diepte wordt naar de oppervlakte gekarnd, waar de lucht het afkoelt en het dichter maakt dan het water eronder. Als dat water zinkt, relatief warmer diep water van ongeveer 1 graad Celsius (34 F) vervangt het, een feedbacklus creëren waar ijs zich niet kan hervormen.

Onder klimaatverandering, zoet water van smeltende gletsjers en andere bronnen zal de oppervlaktelaag van de Zuidelijke Oceaan minder dicht maken, wat in de toekomst mogelijk minder polynyas betekent. Maar de nieuwe studie trekt die veronderstelling in twijfel. Veel modellen laten zien dat de wind die rond Antarctica draait sterker zal worden en dichter bij de kust zal komen - het nieuwe artikel suggereert dat dit meer polynyas zou aanmoedigen om zich te vormen, niet minder.

Dit zijn de eerste waarnemingen die bewijzen dat zelfs een kleinere polynya zoals die in 2016 water van het oppervlak helemaal naar de diepe oceaan verplaatst.

"In wezen is het een omdraaien van de hele oceaan, in plaats van een injectie van oppervlaktewater op een enkele reis van de oppervlakte naar de diepte, " zei co-auteur Earle Wilson, die onlangs is gepromoveerd in oceanografie aan de UW.

Een manier waarop een oppervlaktepolynya van belang is voor het klimaat is voor het diepste water in de oceanen, bekend als Antarctisch bodemwater. Deze koude, dicht water schuilt onder al het andere water. Waar en hoe het is gemaakt, heeft invloed op de kenmerken, en zou rimpeleffecten hebben op andere grote oceaanstromingen.

"Op dit moment denken mensen dat het grootste deel van het bodemwater zich vormt op het Antarctische plat, maar deze grote offshore-polynya's kwamen in het verleden misschien vaker voor, "Riser zei. "We moeten onze modellen verbeteren, zodat we dit proces kunnen bestuderen. die grootschalige klimaatimplicaties kunnen hebben."

Grote en langdurige polynyas kunnen ook de atmosfeer beïnvloeden, omdat diep water koolstof bevat van levensvormen die door de eeuwen heen zijn gezonken en op hun weg naar beneden zijn opgelost. Zodra dit water het oppervlak bereikt, kan die koolstof vrijkomen.

"Dit diepe koolstofreservoir zit al honderden jaren opgesloten, en in een polynya kan het aan de oppervlakte geventileerd worden door deze echt gewelddadige vermenging, " Zei Campbell. "Een grote koolstofuitgassingsgebeurtenis zou het klimaatsysteem echt kunnen meppen als het meerdere jaren achter elkaar zou gebeuren."