De rol van de Zuidelijke Oceaan bij het aansturen van de wereldwijde koolstofcyclus kan sterker zijn dan verwacht, aangezien de biologische koolstofpomp in de winter niet wordt "uitgeschakeld", zoals eerder werd gedacht.

Op basis van de meest uitgebreide winterstudie tot nu toe, uitgevoerd in de Zuidelijke Oceaan in juli en augustus 2017, wetenschappers van het Center for Trace and Experimental Biogeochemistry (TracEx) van de Universiteit van Stellenbosch van de afdeling Aardwetenschappen konden aantonen dat fytoplankton inderdaad actief was tijdens de ijskoude en donkere wintermaanden.

Deze bevindingen zijn belangrijk voor voorspellende wereldwijde klimaatmodellen, die momenteel voornamelijk gebaseerd zijn op lente- en zomerseizoenen. Met de toevoeging van gegevens uit de winter, de modellen kunnen nu de atmosfeer-naar-oceaan koolstofoverdrachtscyclus gedurende seizoenen beter weergeven. Voor wetenschappers, dit is een stap voorwaarts in het analyseren van de gevoeligheid van deze overdracht voor klimaatverandering.

Fytoplankton is microscopisch klein, eencellige plantachtige organismen zweven meestal in de bovenste 100 meter van de oceanen. Met behulp van zonlicht voor energie en opgeloste anorganische voedingsstoffen, fytoplankton zet koolstofdioxide om in organische koolstof en vormt de basis van het mariene voedselweb. Het is aangetoond dat fytoplankton net zo belangrijk is bij het wijzigen van de koolstof- en kooldioxidecyclus van de planeet als alle landplanten samen.

Dr. Ryan Cloete, een postdoctoraal onderzoeker in de afdeling en eerste auteur van twee recente publicaties over het onderwerp, zegt dat hun bevindingen in strijd zijn met de algemene opvatting dat de Zuidelijke Oceaan tijdens de winter biologisch inactief is.

"Vergelijkbaar met bladeren die in de herfst van bomen vallen vanwege ongunstige groeiomstandigheden, de veronderstelling was dat fytoplankton ook in de winter niet actief zou zijn. Een van onze belangrijkste bevindingen is dat fytoplankton inderdaad actief is in de winter in de Zuidelijke Oceaan, hoewel niet op de niveaus die we in de zomer zien. Hoe fytoplankton zich kan aanpassen aan winterse omstandigheden is niet goed begrepen, en ons onderzoek naar sporenvoedingsstoffen is de eerste stap in het uitzoeken van deze aanpassingsstrategieën, " hij legt uit.

Daten, wetenschappers hebben heel weinig begrip gehad van de omstandigheden die kenmerkend zijn voor de Zuidelijke Oceaan tijdens de winter. Dit is voornamelijk te wijten aan de uitdaging om een ​​oceaan te bemonsteren bij temperaturen onder het vriespunt, terwijl we stormwinden en golven tot 20 meter schrappen. Het is niet voor niets dat vroege zeelieden dit stuk van de Zuidelijke Oceaan tussen de 40° tot 60° zuiderbreedte de bijnaam "Roaring Forties" gaven, gevolgd door de "Furious Fifties" en de "Screaming Sixties".

Dr. Cloete zegt dat de Zuidelijke Oceaan een fundamenteel belangrijke rol speelt bij het reguleren van het klimaat op aarde:"Er wordt geschat dat het ongeveer 75% van de wereldwijde oceanische opname van overtollige warmte en 35% van de wereldwijde opname van overtollige koolstof uit de atmosfeer opslaat. De De Zuidelijke Oceaan is ook de enige oceaan die rechtstreeks de drie grote oceaanbekkens verbindt, namelijk de Stille Oceaan, Atlantische en Indische Oceaan. Met andere woorden, wat er in de Zuidelijke Oceaan gebeurt, heeft een impact op de mondiale oceaan."

Dit globale proces wordt aangedreven door een proces dat thermohaliene circulatie wordt genoemd ('thermos' betekent warmte en 'haline' betekent zoutgehalte). Bij de polen, het koude en dichte zeewater aan de oppervlakte zinkt naar de diepe oceaan, van waar het in grote oceaanstromingen stroomt om uiteindelijk terug te keren naar de oppervlakte door vermenging en door de wind aangedreven opwelling in de warmere breedtegraden. Wetenschappers noemen dit de grote oceaantransportband, en het kan water bijna duizend jaar duren om de reis te voltooien. De Zuidelijke Oceaan fungeert daarom als een centraal knooppunt waardoor instromend water wordt aangepast en herverdeeld over de hele oceaan.

Dr. Cloete zegt dat het winterseizoen in de Zuidelijke Oceaan uiterst belangrijk is voor het bepalen van het biologische stadium voor de lente- en zomerseizoenen:"In de winter, sterke stormen en winden zorgen voor een meer onstabiele oppervlaktelaag die doordringt onder het stabiele zomeroppervlaktewater, die nu na het groeiseizoen uitgeput zijn in voedingsstoffen. Dit maakt vermenging met de voedingsrijke wateren in de ondergrondse wateren mogelijk. Met behulp van meer zonuren en kalmere zeeën, deze winterse puls van voedingsstoffen naar de oppervlakte helpt de lente- en zomerbloei van fytoplankton te katalyseren en in stand te houden, die, beurtelings, trekt walvissen aan, dolfijnen en pinguïns naar het buffet in de Zuidelijke Oceaan vanuit het noorden.

"Het observeren van wintersystemen helpt ons verschillende aanpassings- en overlevingsstrategieën van fytoplankton onder ongunstige groeiomstandigheden te begrijpen, evenals processen voor het opladen van voedingsstoffen in extreem nutriëntenarme oppervlaktewateren aan het einde van het zomerseizoen. Dit is uiterst belangrijk omdat het circulatieknooppunt van de Zuidelijke Oceaan dicteert dat deze wateren noordwaarts worden getransporteerd, het beïnvloeden van de oceaanproductiviteit in een groot deel van de wereldwijde oceaan op lage breedtegraden, " hij legt uit.

Prof. Alakendra Roychoudhury, een specialist in milieu- en mariene biogeochemie bij SU en hoofd van de TracEx onderzoeksgroep, zegt dat de bevindingen de wereldwijde invloed van de Zuidelijke Oceaan bij het reguleren van het klimaat en het mariene voedselweb opnieuw bevestigen:"Het aardsysteem is nauw verbonden door fysieke, chemische en biologische processen met zelfcorrigerende feedbackloops om variabiliteit te moduleren en klimaatverandering teniet te doen. Ons onderzoek is een goed voorbeeld van deze koppeling waarbij biochemische processen plaatsvinden op microscopisch niveau op het grensvlak van water en micro-organismen, wordt beïnvloed door grootschalige oceaancirculatie en vermenging.

"Het is moeilijk te bevatten dat deze microscopische processen mondiale processen zoals de opwarming van onze planeet kunnen beïnvloeden, omdat we vaak de knowhow van de gekoppelde processen en hun feedbackreactie missen, " concludeert hij.

Het onderzoek is gepubliceerd in Mariene chemie .