Oceaanstromingen belichamen beweging, kronkelend van de tropen naar de polen en terug, het verplaatsen van grote hoeveelheden water van moment tot moment. Maar ze zijn ook ongelooflijk oud, miljoenen jaren hun basiscursus volgen.

Het traceren van een in water geschreven geschiedenis is het werk van paleoceanografen zoals Adriane Lam, Presidential Diversity Postdoctoral Fellow aan de afdeling Geologische Wetenschappen en Milieustudies van Binghamton University. Lam is de hoofdauteur van "Plioceen tot vroegste Pleistoceen (5-2,5 Ma) Reconstructie van de Kuroshio-stroomuitbreiding onthult een dynamische stroom, " onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Paleoceanografie en paleoklimatologie . Co-auteurs zijn onder meer universitair docent geologische wetenschappen en milieustudies Molly Patterson, evenals Kenneth MacLeod van de Universiteit van Missouri, Solveig Schilling van de Universiteit van Texas in Austin, R. Mark Leckie van de Universiteit van Massachusetts Amherst, Andrew Fraass van de Engelse Universiteit van Bristol, en Nicholas Venti van de Universiteit van Delaware.

De belangrijkste westelijke grensstroom in de noordelijke Stille Oceaan, de Kuroshio Stroom en Uitbreiding, is analoog aan de Golfstroom, die langs de oostkust van Noord-Amerika stroomt. Gedreven door de wind, grensstromen zijn de werkpaarden van de oceaan, bewegende warmte, zout en gassen van de equatoriale zeeën tot de middelste breedtegraden, Lam uitgelegd.

"Met andere woorden, deze stromen helpen de warmte van de tropen naar hogere breedtegraden te verdelen. In feite, koralen komen voor op hun hoogste breedtegraad van waar dan ook ter wereld in de Kuroshio-stroom omdat de wateren zo warm zijn, " ze zei.

Die warmte komt van het oppervlaktewater dat zich verzamelt in de westelijke Stille Oceaan langs de evenaar, genaamd de Western Pacific Warm Pool. De Kuroshio-stroom voert deze wateren naar het noorden, langs de Japanse kust, en dan oostwaarts op 36° noorderbreedte, waar het samenkomt met de open Stille Oceaan. Op dit punt, het wordt de Kuroshio Current Extension.

De stroming en de uitbreiding laten enorme hoeveelheden warmte en vocht uit het warme water verdampen naar de lagere atmosfeer op het noordelijk halfrond. Daarom, ze helpen bij het vormen van neerslagpatronen boven Japan en de westkust van Noord-Amerika, evenals de paden van tyfoons, die zich voeden met warm water. Naast het beïnvloeden van het weer, de Kuroshio heeft waarschijnlijk ook invloed op het klimaat, hoewel de impact ervan op tijdschalen van duizend en miljoen jaar nog steeds onduidelijk is.

De Kuroshio speelt ook een grote rol in ecosystemen en de visserij. In de noordwestelijke Stille Oceaan, het voldoet aan de Oyashio-stroom, die het koele water van het poolgebied naar het zuiden brengt. Waar de twee stromen elkaar ontmoeten, een sterke temperatuurgradiënt ontstaat door de vermenging van warm en koud water. Het creëert ook een gebied van opwelling, waar voedselrijke wateren uit de diepe oceaan naar de oppervlakte worden gebracht terwijl de stromingen naar het oosten stromen.

Het zijn niet alleen de wateren die zich vermengen:de warm- en koudwaterorganismen die in de respectievelijke stromingen leven, vloeien ook samen in een overgangsgebied tussen ecosystemen, bekend als een ecotoon. De bewoners zijn onder meer verschillende soorten vissen en plankton, die uiteindelijk de vruchtbare visserijsector van Japan aandrijven en een belangrijk onderdeel vormen van de economie van dat land.

Vanwege hun impact op de biodiversiteit, het weer en het klimaat, begrijpen hoe grensstromen zoals de Kuroshio zullen reageren op klimaatverandering en toenemende CO ₂ niveaus in de atmosfeer is van cruciaal belang. Vandaag, deze stromingen warmen twee tot drie keer sneller op dan andere delen van de oceaan, zei Lam.

Oceaanmodelstudies en observatiegegevens tonen ook aan dat de Kuroshio Current Extension naar het noorden verschuift en zijn transportcapaciteit vergroot, maar onderzoekers weten nog niet hoe deze veranderingen de organismen die daar leven zullen beïnvloeden, of lokale en regionale weer- en klimaatpatronen.

Het onlangs gepubliceerde onderzoek is het eerste in zijn soort dat de Kuroshio reconstrueert zoals het 2,5 tot 5 miljoen jaar geleden was, een tijd die zowel perioden van opwarming als afkoeling overspande, evenals de sluiting van een grote zeeweg in wat nu Midden-Amerika is. Kijken naar het verre verleden van de stroom kan enkele van de vragen over de toekomst ervan beantwoorden.

Verleden en toekomstige oceanen

Tijdens het Plioceen, die 2,5 tot 5,3 miljoen jaar geleden omspant, atmosferische CO ₂ niveaus waren in de buurt van die waarmee we vandaag worden geconfronteerd:ongeveer 350 tot 450 delen per miljoen. De atmosfeer van vandaag heeft ongeveer 415 delen per miljoen CO ₂ .

"Het leuke van deze periode is dat de continenten op dezelfde manier waren gerangschikt als vandaag, wat het Plioceen een geweldige tijdsperiode maakt om te gebruiken als een analogie voor hoe het aardesysteem zal reageren op verhoogde CO ₂ concentraties en opwarming, ' zei Lam.

Er waren enkele verschillen met betrekking tot landmassa's, merkte ze op:tot ongeveer 2,5 miljoen jaar geleden, er bestond een waterweg tussen Noord- en Zuid-Amerika waardoor oppervlaktewateren van de Stille en Atlantische Oceaan zich konden vermengen. Toen de Midden-Amerikaanse Zeeweg sloot, het kan de Kuroshio Current Extension in zijn huidige configuratie hebben gebracht.

Het Plioceen omvatte een periode van 3 tot 3,3 miljoen jaar geleden, bekend als de mid-Piacenzian Warm Period (mPWP), which saw increased carbon dioxide levels and global warming. Once that period ended, cooling resumed, accompanied by the growth of glaciers and sea ice in the Northern Hemisphere's high latitudes.

In the recently published study, the researchers reconstructed the Kuroshio throughout the mPWP, using chemical signatures from the fossilized shells of marine plankton that once lived in the Kuroshio region's surface waters.

"Our data indicate that during the first phase of mPWP warming in the Pliocene, the current warmed up and potentially shifted its latitudinal position northward. It then cooled back down and perhaps shifted its position back south during a brief period of global cooling, " ze zei.

Reconstructing the current

Scientists use different techniques to reconstruct the history of an ocean current, depending on the time scale in question. For shorter timescales, they rely on observational data to see how a current's path changes seasonally, from year to year or decade to decade. But when it comes to climate change, that dataset can fall short.

"This is why it is useful and necessary to reconstruct the behavior of western boundary currents through deep time, using the sedimentary record from millions of years ago, " Lam explained. "Through the lens of the sedimentary record, the shorter-term variations in the current are 'smoothed' or averaged out, so we are essentially only able to recover signals that indicate the longer-term, larger changes of the currents."

In de studie, the researchers used the chemical signals obtained from fossil plankton that lived in the surface ocean, as well as three deep-sea sediment cores from Shatsky Rise, a location on the northwest Pacific seafloor. Planktic foraminifera have lived in the open oceans for the last 170 million years; their durable shells, called "tests, " are made of calcium carbonate and accumulate on the ocean floor when they die.

In een eerdere studie, Lam calculated the diversity of fossil plankton at each site used in the later chemical study. She found that diversity was highest at the northernmost site of Shatsky Rise, from 12 million years ago until today. This finding indicates the ecotone created by the current has been around for a very long time—and likely the Kuroshio has, te.

Researchers don't know how warm the current became during the mPWP, or how much the chemical signal is affected by salinity as well as temperature changes. To get a better picture, Lam and colleagues from other SUNY schools are currently working on a grant that would use different chemical methods to answer these questions.

"The ocean is hugely affected by climate change, and we must think about ways in which we can protect it and marine organisms. This is especially true for the Kuroshio Current Extension, as this region is home to some of the highest biodiversity in our world ocean, " Lam said.