Noord-Amerika kende in de zomer van 2020 een reeks gevaarlijke hittegolven, records breken van kust tot kust. In de oceaan, extreme opwarmingsomstandigheden worden ook frequenter en intenser. Twee nieuwe studies van de Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) onderzoeken mariene hittegolven en stromingen aan de rand van het continentaal plat, die van invloed zijn op de regionale oceaancirculatie en het zeeleven.

In een paper gepubliceerd op 17 september in de Tijdschrift voor Klimaat , WHOI oceanografen en medewerkers van het GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel in Duitsland gebruiken een nieuw model om te begrijpen hoe oceaanprocessen de mariene hittegolven op diepte voor de westkust van Australië beïnvloeden. Bekend als "Ningaloo Niño, " deze extreme opwarming heeft geleid tot massale afsterving van mariene organismen, koraalverbleking, en mogelijk permanente ecosysteemverschuivingen, die allemaal gevolgen hebben voor de visserij en de economieën die daarvan afhankelijk zijn.

"Dit gebied is een hotspot voor stijgende temperaturen en extreme gebeurtenissen, met drastische gevolgen voor regionale mariene soorten, "Zei hoofdauteur Svenja Ryan. "Het is belangrijk om te begrijpen waar in de waterkolom de temperatuur en het zoutgehalte veranderen, zodat je kunt bepalen hoe het ecosysteem wordt beïnvloed."

Voor het eerst in de Zuidelijke Indische Oceaan, Ryan en haar co-auteurs, WHOI fysieke oceanografen Caroline Ummenhofer en Glen Gawarkiewicz, toonde aan dat de effecten van mariene hittegolven zich uitstrekken tot 300 meter of meer onder het oppervlak langs de hele westkust van Australië. Ze ontdekten dat tijdens La Niña-jaren, de zuidwaarts stromende Leeuwinstroom wordt sterker en gaat gepaard met warme temperatuurafwijkingen op grotere diepte. Deze omstandigheden werden waargenomen tijdens de hittegolf op zee van 2011 die leidde tot de eerste geregistreerde koraalverbleking bij Ningaloo Reef, een werelderfgoed, en uitgebreid verlies van een nabijgelegen kelpbos. Tijdens El Niño-periodes, de temperatuur- en zoutafwijkingen die gepaard gaan met hittegolven op zee zijn beperkt tot het oceaanoppervlak, waaruit blijkt dat complexe oceaanprocessen een belangrijke rol spelen in de diepte van extreme gebeurtenissen.

Ryan en haar collega's gebruiken een vergelijkbare modelleringsaanpak om mariene hittegolven in de Noordwest-Atlantische Oceaan te bestuderen. "De uitdaging, waar je ook gaat, is dat hittegolven op zee zoveel drijfveren hebben, Ryan zei. "Het begrijpen van verschillende soorten evenementen en hun bijbehorende dieptestructuur is cruciaal voor regionale effectbeoordeling en aanpassingsstrategieën, evenals voor het voorspellen van mogelijke veranderingen in een toekomstig klimaat."

Hoewel modellen wetenschappers in staat stellen veranderingen in grootschalige oceaanprocessen te begrijpen en te voorspellen, deze modellen zijn gebaseerd op gegevens die in het veld zijn verzameld. In een studie gepubliceerd op 30 augustus, 2020, in de Tijdschrift voor Geofysisch Onderzoek :Oceanen , hoofdauteur Jacob Forsyth maakte gebruik van 25 jaar oceanografische gegevens verzameld door het containerschip (CMV) Oleander tijdens zijn wekelijkse reizen tussen New Jersey en Bermuda. Deze metingen geven waardevol inzicht in de Mid-Atlantic Bight Shelfbreak Jet, een koelwaterstroom die zuidwaarts stroomt langs het continentale plat van Labrador naar Kaap Hatteras.

Forsyth, een afgestudeerde student in het MIT-WHOI Joint Program en zijn co-auteurs, Gawarkiewicz en WHOI fysiek oceanograaf Magdalena Andres, merkte een duidelijke relatie op tussen de huidige en veranderende zeetemperaturen. Niet alleen verandert de Shelfbreak Jet per seizoen - aanzienlijk langzamer van winter naar zomer - ze ontdekten ook dat hij met ongeveer 10 procent was vertraagd sinds het begin van de gegevensverzameling in 1992. De vertraging van de jet komt overeen met de langdurige opwarming van het continentaal plat.

"De Shelfbreak Jet wordt geassocieerd met het opwellen van voedingsstoffen, die de productiviteit van de visserij beïnvloedt, " zei Gawarkiewicz. "Naarmate hittegolven op zee vaker voorkomen, we moeten begrijpen hoe dat verband houdt met de jet."

Vanaf 2000, onderzoekers begonnen op te merken dat wervelingen van warme, zout water dat de Golfstroom afbrak - bekend als "warme kernringen" - was bijna verdubbeld in aantal van het continentale plat van New England. Deze ringen zorgen niet alleen voor een stijging van de watertemperatuur en het zoutgehalte, ze duwen de Shelfbreak Jet naar de kust, en soms volledig afsluiten of de richting van de stroom omkeren. De auteurs merkten op dat veranderende stromingen en temperaturen op het continentale plat al hebben geleid tot veranderingen in de belangrijkste visserijen in New England:koudeminnende kreeften bewegen zich langzaam offshore, terwijl shortfin-inktvissen vaker dichter bij de kust worden gevonden.

"Je zou het een 'calamares comeback' kunnen noemen, waar sommige van deze ringen op het continentaal plat komen, vol met inktvis. Anderen hebben er geen, " zei Gawarkiewicz. "Jacob's werk is een belangrijke stap in het ontrafelen van dit mysterie en helpt ons te voorspellen hoe stromingen en planktemperaturen zullen reageren op naderende ringen."

De oceanografische gegevens verzameld door de CMV Oleander zijn essentieel voor het begrijpen van snel veranderende dynamiek in een complex systeem, aldus de co-auteurs. Eerdere studies vertrouwen op satellietgegevens, die beperkt zijn tot metingen van het oceaanoppervlak over een groot gebied. "Kijken naar de oppervlakte vertelt misschien niet het hele verhaal van wat er gebeurt als ringen het continentale plat naderen, of hun effecten op het opwellen, "zei Forsyth. "Dit document laat zien hoe belangrijk het is om dit soort langetermijnmonitoring te hebben."