De Antarctische Circumpolaire Stroom stroomt in een lus rond Antarctica, de Atlantische Oceaan verbinden, Stille en Indische Oceaan. Het is een van de belangrijkste oceaanstromingen in ons klimaatsysteem omdat het de uitwisseling van warmte en andere eigenschappen tussen de oceanen die het met elkaar verbindt, vergemakkelijkt.

Maar hoe de stroom warmte overdraagt, vooral verticaal van de bovenste laag van de oceaan naar de onderste lagen en vice versa, wordt nog steeds niet helemaal begrepen. Deze stroming is zeer turbulent, het produceren van wervelingen - wervelende wervelingen van water vergelijkbaar met stormen in de atmosfeer - met een diameter van 30 tot 125 mijl (50 tot 200 kilometer). Het omvat ook ongeveer 13, 000 mijl (21, 000 kilometer) door een bijzonder afgelegen en onherbergzaam deel van de wereld, waardoor het een van de moeilijkste stromingen is voor wetenschappers - tenminste die van de menselijke soort - om te observeren en te meten.

Gelukkig voor Lia Siegelman, een bezoekende wetenschapper bij NASA's Jet Propulsion Laboratory in Pasadena, Californië, de ruwe zeeën vormden geen uitdaging voor haar wetenschappelijke sidekick:een gemerkte zuidelijke zeeolifant.

Uitgerust met een gespecialiseerde sensor die doet denken aan een kleine hoed, de zeehond zwom meer dan 3, 000 mijl (4, 800 kilometer) op een reis van drie maanden, veel ervan door de turbulente, wervelrijke wateren van de Antarctische Circumpolaire Stroom. De zeehond maakte ongeveer 80 duiken op dieptes variërend van 550 tot 1, 090 meter (500 tot 1, 000 meter) per dag gedurende deze tijd. De hele tijd, het verzamelde een continue stroom gegevens die nieuw inzicht hebben gegeven in hoe warmte verticaal tussen oceaanlagen in dit vluchtige gebied beweegt - inzicht dat ons een stap dichter bij het begrip brengt hoeveel warmte van de zon de oceaan daar kan absorberen.

Voor een nieuw artikel dat onlangs is gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , Siegelman en haar co-auteurs combineerden de gegevens van de zeehond met satellietgegevens over hoogtemetingen. De satellietgegevens van het oceaanoppervlak lieten zien waar de kolkende wervelingen zich binnen de stroming bevonden en door welke wervelingen de zeehond zwom. Analyse van de gecombineerde dataset, de wetenschappers besteedden bijzondere aandacht aan de rol die kleinere oceaankenmerken speelden bij verticaal warmtetransport. Siegelman was verrast door de resultaten.

"Van deze middelgrote wervelingen is bekend dat ze de productie van kleinschalige fronten stimuleren - plotselinge veranderingen in de waterdichtheid vergelijkbaar met koude en warme fronten in de atmosfeer, " zei ze. "We ontdekten dat deze fronten zo'n 500 meter [550 yards] in het binnenland van de oceaan waren, niet alleen in de oppervlaktelaag zoals veel studies suggereren, en dat ze een actieve rol speelden in verticaal warmtetransport."

Volgens Siegelman, hun analyse toonde aan dat deze fronten zich gedragen als kanalen die veel warmte van het binnenste van de oceaan terug naar de oppervlakte transporteren. "De meeste huidige modelstudies geven aan dat de warmte in deze gevallen van het oppervlak naar het binnenste van de oceaan zou gaan, maar met de nieuwe waarnemingsgegevens van de zeehond, we ontdekten dat dat niet het geval is, " ze zei.

Waarom het uitmaakt

De oppervlaktelaag van de oceaan kan slechts een eindige hoeveelheid warmte absorberen vóór natuurlijke processen, zoals verdamping en neerslag, schop in om het af te koelen. Wanneer diepe oceaanfronten warmte naar de oppervlakte sturen, die warmte verwarmt de oppervlaktelaag en duwt hem dichter bij zijn warmtedrempel. Dus in wezen, in de gebieden waar deze dynamiek aanwezig is, de oceaan kan niet zoveel warmte van de zon opnemen als anders.

De huidige klimaatmodellen en de modellen die worden gebruikt om het warmtebudget van de aarde te schatten, houden geen rekening met de effecten van deze kleinschalige oceaanfronten, maar de auteurs van het artikel beweren dat ze dat wel zouden moeten doen.

"Een onnauwkeurige weergave van deze kleinschalige fronten zou de hoeveelheid warmte die van het binnenste van de oceaan naar het oppervlak wordt overgedragen aanzienlijk kunnen onderschatten en, als gevolg, mogelijk de hoeveelheid warmte die de oceaan kan absorberen overschatten, "Zei Siegelman. "Dit zou een belangrijke implicatie kunnen zijn voor ons klimaat en de rol van de oceaan bij het compenseren van de effecten van de opwarming van de aarde door het grootste deel van de warmte te absorberen."

De wetenschappers zeggen dat dit fenomeen waarschijnlijk ook aanwezig is in andere turbulente gebieden van de oceaan waar wervelingen veel voorkomen, waaronder de Golfstroom in de Atlantische Oceaan en de Kuroshio-extensie in de Noordelijke Stille Oceaan.

Hoewel hun resultaten significant zijn, Siegelman zegt dat er meer onderzoek nodig is om de langetermijneffecten die deze fronten kunnen hebben op de wereldwijde oceaan en ons klimaatsysteem volledig te begrijpen en te kwantificeren. Bijvoorbeeld, het onderzoek is gebaseerd op waarnemingen in het late voorjaar en de vroege zomer. De resultaten kunnen meer uitgesproken zijn tijdens de wintermaanden, wanneer deze kleinschalige fronten de neiging hebben om sterker te zijn. Dit onderzoek zal ook profiteren van aanvullende studies op andere locaties.