Nieuw onderzoek levert het eerste directe bewijs voor het Gulf Stream blender-effect, het identificeren van een nieuw mechanisme voor het mengen van water over de snel bewegende stroom. De resultaten hebben belangrijke implicaties voor het weer, klimaat en visserij, omdat oceaanmenging een cruciale rol speelt in deze processen. De Golfstroom is een van de grootste aanjagers van klimaat en biologische productiviteit van Florida tot Newfoundland en langs de westkust van Europa.

De multi-institutionele studie onder leiding van een onderzoeker van de Universiteit van Maryland onthulde dat karnen langs de randen van de Golfstroom over gebieden zo klein als een kilometer een belangrijke bron van oceaanvermenging tussen de wateren aan weerszijden van de stroming zou kunnen zijn. De studie werd gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Sciences op 6 juli, 2020.

"Dit al lang bestaande debat over de vraag of de Golfstroom fungeert als een menger of een barrière voor het mengen van de oceaan, heeft voornamelijk betrekking op grote oceaanwervelingen, tientallen tot honderd kilometer breed, " zei Jacob Wenegrat, een assistent-professor in de afdeling Atmosferische en Oceanische Wetenschappen van UMD en de hoofdauteur van de studie. "Wat we aan dit debat toevoegen, is dit nieuwe bewijs dat variabiliteit op de kilometerschaal veel vermenging lijkt te veroorzaken. En die schalen zijn echt moeilijk te controleren en te modelleren."

Terwijl de Golfstroom zich een weg baant langs de oostkust van de VS en Canada, het brengt warm zout water uit de tropen naar de Noord-Atlantische Oceaan. Maar de stroming creëert ook een onzichtbare watermuur die twee verschillende oceaangebieden van elkaar scheidt:de koudere, zoeter water langs de noordelijke rand van de Golfstroom dat tegen de klok in wervelt, en hoe warmer zoute wateren aan de zuidelijke rand van de stroming die met de klok mee circuleren.

Hoeveel oceaanvermenging plaatsvindt over de Golfstroom is een kwestie van wetenschappelijk debat geweest. Als resultaat, oceaanmodellen die het klimaat voorspellen, het weer en de biologische productiviteit zijn niet volledig verantwoordelijk voor de bijdrage van de vermenging tussen de twee zeer verschillende soorten water aan weerszijden van de stroming.

Om de studie uit te voeren, de onderzoekers moesten hun instrumenten naar de bron brengen:de rand van de Golfstroom. Twee teams van wetenschappers aan boord van twee onderzoeksschepen van wereldklasse trotseerden winterstormen op de Atlantische Oceaan om een ​​fluorescerende kleurstof vrij te geven langs het noordelijke front van de Golfstroom en zijn pad in de volgende dagen te volgen.

Het eerste team liet de kleurstof los samen met een drijver met een akoestisch baken. Stroomafwaarts, het tweede team volgde de vlotter en bewaakte de concentratie van de kleurstof samen met de watertemperatuur, zoutgehalte, scheikunde en andere kenmerken.

Terug aan wal, Wenegrat en zijn co-auteurs ontwikkelden simulaties met hoge resolutie van de fysieke processen die ervoor kunnen zorgen dat de kleurstof door het water wordt verspreid op de manier die de veldteams hebben geregistreerd. Hun resultaten toonden aan dat turbulentie over gebieden zo klein als een kilometer een belangrijke invloed uitoefende op het pad van de kleurstof en resulteerde in een significante vermenging van watereigenschappen zoals zoutgehalte en temperatuur.

"Deze resultaten benadrukken de rol van variabiliteit op zeer kleine schaal die momenteel moeilijk te observeren is met behulp van standaardmethoden, zoals satellietwaarnemingen, Wenegrat zei. "Variabiliteit op deze schaal is momenteel niet opgelost in wereldwijde klimaatmodellen en zal dat ook niet zijn voor de komende decennia, dus het leidt ons tot verwondering, wat hebben we gemist?"

Door aan te tonen dat kleinschalige vermenging over de Golfstroom een ​​significante impact kan hebben, de nieuwe studie onthult een belangrijk, onder-erkende bijdrage aan de oceaancirculatie, biologie en mogelijk klimaat.

Bijvoorbeeld, de Golfstroom speelt een belangrijke rol in wat bekend staat als de biologische pomp van de oceaan - een systeem dat overtollige koolstofdioxide vasthoudt, de planeet te bufferen tegen de opwarming van de aarde. In de oppervlaktewateren van het Golfstroomgebied, oceaanmenging beïnvloedt de groei van fytoplankton - de basis van het oceaanvoedselweb. Dit fytoplankton absorbeert koolstofdioxide nabij het oppervlak en zinkt later naar de bodem, koolstof mee te nemen en op te sluiten in de diepe oceaan. De huidige modellen van de biologische pomp van de oceaan houden geen rekening met het grote effect dat kleinschalige vermenging over de Golfstroom zou kunnen hebben op de groei van fytoplankton.

"Om hierin vooruitgang te boeken, moeten we manieren vinden om deze processen op een fijnere schaal te kwantificeren met behulp van theorie, state-of-the-art numerieke modellen en nieuwe observatietechnieken, " Zei Wenegrat. "We moeten hun impact op grootschalige circulatie en biogeochemie van de oceaan kunnen begrijpen."

Het onderzoeksrapport, "Verbeterde menging over de gyre-grens aan het Golfstroomfront, "Jacob O. Wenegrat, Leif N. Thomas, Miles A. Sundermeyer, John R. Taylor, Eric A. D'Asaro, Jody M. Klymak, R. Kipp Shearman, en Craig M. Lee, werd op 6 juli gepubliceerd 2020 uitgave van de Proceedings van de National Academy of Sciences .