Het toegenomen zoetwater door de smeltende Antarctische ijskappen en de toegenomen wind hebben de hoeveelheid zuurstof in de Zuidelijke Oceaan verminderd en het zuurder en warmer gemaakt, volgens nieuw onderzoek onder leiding van geowetenschappers van de Universiteit van Arizona.

De onderzoekers ontdekten dat de wateren van de Zuidelijke Oceaan waren veranderd door metingen aan boord van 1990 tot 2004 te vergelijken met metingen van een vloot van met microsensoren uitgeruste robotdobbers van 2012 tot 2019. Het waargenomen zuurstofverlies en de opwarming rond de Antarctische kust is veel groter dan voorspeld door een klimaatmodel, die implicaties kunnen hebben voor voorspellingen van ijssmelt.

De ontdekking bracht het onderzoeksteam ertoe de huidige computermodellen voor klimaatverandering te verbeteren om de veranderingen in het milieu rond Antarctica beter weer te geven.

"Het is de eerste keer dat we de nieuwe veranderingen in de Zuidelijke Oceaan hebben kunnen reproduceren met een model van het aardsysteem, " zei co-auteur Joellen Russell, een professor in de geowetenschappen.

Het onderzoek is het eerste dat het toegenomen zoetwater van de Zuidelijke Oceaan plus extra wind in een klimaatveranderingsmodel opneemt, ze zei. Het team gebruikte het ESM2M-model van de National Oceanic and Atmospheric Administration.

Eerder, mondiale klimaatveranderingsmodellen voorspelden de huidige fysische en chemische veranderingen in de Zuidelijke Oceaan niet, zei Russel, die de Thomas R. Brown Distinguished Chair in Integrative Science bekleedt.

"We hebben onderschat hoeveel invloed die toegevoegde zoetwater- en wind zou hebben. Als we deze twee componenten aan het model toevoegen, we kunnen direct en prachtig reproduceren wat er de afgelopen 30 jaar is gebeurd, " ze zei.

Nutsvoorzieningen, modellen zullen in staat zijn om toekomstige milieuveranderingen in en rond Antarctica beter te voorspellen, ze zei, eraan toevoegend dat de Zuidelijke Oceaan het grootste deel van de warmte opneemt die wordt geproduceerd door antropogene opwarming van de aarde.

"Een op de acht koolstofmoleculen die uit je uitlaat komen, gaat de Zuidelijke Oceaan in, " zei Russell. "Ons model zegt dat in de toekomst, we hebben misschien niet zo'n grote koolstofput als we hadden gehoopt."

Eerste auteur Ben Bronselaer leidde de inspanningen om de klimaatmodellen te verbeteren toen hij een postdoctoraal onderzoeksmedewerker was in het laboratorium van Russell. Hij is nu meteorologisch en oceanografisch ingenieur bij de Britse multinationale olie- en gasmaatschappij BP in Londen.

De krant van het team, "Belang van wind en smeltwater voor waargenomen chemische en fysische veranderingen in de Zuidelijke Oceaan, " staat gepland voor publicatie in Natuur Geowetenschappen op 6 januari. Een lijst met extra co-auteurs en hun voorkeuren staat onderaan deze release.

Om een ​​beter begrip van het klimaatsysteem van de aarde te ontwikkelen, wetenschappers verfijnen voortdurend hun wereldwijde klimaatveranderingsmodellen.

Als onderdeel van die inspanning, het project voor koolstof- en klimaatobservaties en modellen in de Zuidelijke Oceaan, of SOCCOM, bestudeert de Zuidelijke Oceaan en de invloed ervan op het klimaat.

De National Science Foundation financiert SOCCOM, met extra ondersteuning van de National Oceanic and Atmospheric Administration, of NOAA, en Nasa.

Russell leidt de SOCCOM-groep die verbetert hoe de Zuidelijke Oceaan wordt weergegeven in computermodellen van het mondiale klimaat. Ze bestudeert al 25 jaar de oceaan rond Antarctica.

"Mijn eerste onderzoekscruise in de Zuidelijke Oceaan was in 1994. Het was in de winter in de diepe Stille Zuidzee. Ik was opgegroeid in Alaska, en ik wist hoe een sneeuwstorm voelde - en ik had nog nooit zo'n wind gevoeld, " ze zei.

Sindsdien is ze "geobsedeerd" door de extreme Antarctische winterwinden, ze zei.

Russell en andere wetenschappers doen al tientallen jaren metingen aan boord in de wateren rond Antarctica, maar winterse omstandigheden maken dat extreem moeilijk. Bovendien, de omvang van het winterse zee-ijs maakt het onmogelijk om nearshore-metingen vanaf schepen te doen, ze zei.

De robotdobbers die SOCCOM in 2014 begon in te zetten, hebben dat probleem opgelost.

"De robotdobbers kunnen onder het winterijs gaan en de hele winter werken om gegevens te verzamelen. De robotdobbers zijn de revolutie in hoe we ons zelfs kunnen voorstellen dat we kijken naar de evolutie van het ijs en de oceaan, "zei ze. "We hadden nog nooit de winterse chemie onder het ijs gezien."

De drijvers onthulden hoeveel Antarctische wateren de afgelopen decennia waren veranderd - een ontwikkeling die mondiale klimaatmodellen niet hadden voorspeld.

Bronselaer, Russell en hun collega's hadden eerder extra zoet water van smeltende ijskappen toegevoegd aan klimaatmodellen, maar die herziening reproduceerde niet de recente veranderingen in de chemie van de Zuidelijke Oceaan.

Het vergroten van het zoete water en de hoeveelheid Antarctische wind in het model loste het probleem op - nu geeft het model de huidige toestand van de Antarctische wateren correct weer.

Het team gebruikte het verbeterde model ook om de omstandigheden in de Zuidelijke Oceaan te voorspellen. De prognose suggereert dat in de toekomst, de Zuidelijke Oceaan neemt mogelijk niet zoveel koolstofdioxide uit de atmosfeer op als eerder werd voorspeld.

Russell is van plan de winterwinden van Antarctica te blijven achtervolgen.

"We hebben het niet waargenomen, maar het model zegt dat we het nodig hebben, "zei ze. "Ik stel NASA een satelliet voor om op jacht te gaan naar de ontbrekende wind."