Onderzoekers van de Universiteit van Toronto hebben het mechanisme geïdentificeerd dat verantwoordelijk is voor de vorming van temperatuur- en zoutgehalte "trappen" in de Noordelijke IJszee, waarmee ze een mysterie hebben opgelost dat oceanografen en klimatologen al meer dan een halve eeuw in verwarring brengt.

Begrijpen hoe deze verticale structuren werken, belooft meer licht te werpen op de oorzaken en gevolgen van het snelle verlies van zee-ijs in het Noordpoolgebied tijdens klimaatverandering.

"Onze ontdekking van een nieuw mechanisme van hydrodynamische instabiliteit geeft inzicht in de vorming van trapachtige structuren als gevolg van de vermenging van warm zout water en koeler zoet water", zegt Yuchen Ma, een Ph.D. kandidaat bij de afdeling natuurkunde van de Faculteit der Kunsten en Wetenschappen en hoofdauteur van een studie gepubliceerd in Physical Review Fluids beschrijving van de bevindingen.

"Deze structuren werden voor het eerst waargenomen aan het eind van de jaren zestig, maar het mechanisme dat verantwoordelijk is voor hun bestaan ​​is nooit verklaard."

Deze trapvormige variaties in temperatuur en zoutconcentratie, ook wel thermohaliene trappen genoemd, komen veel voor in een groot aantal regio's van de mondiale oceaan.

De bevindingen gerapporteerd in Physical Review Fluids - die aanzienlijke positieve reacties van de onderzoeksgemeenschap hebben gekregen - een eerdere analyse door dezelfde auteurs die in het Journal of Fluid Mechanics is gepubliceerd volledig verifiëren in 2020 dat het bestaan ​​van deze nieuwe hydrodynamische instabiliteit documenteerde. De verificatie werd bereikt door een reeks directe numerieke simulaties van turbulentie in de Noordelijke IJszee te ontwerpen om de wereldwijde oceaancirculatie beter te begrijpen.

"De oceaan wordt doorgaans gezien als een zeer chaotische en turbulente omgeving, dus het is opvallend om zulke sterk gedefinieerde zoutlagen en hitte erin te zien", zegt Ma.

De warmtestroom vanuit de oceaan naar het bovenliggende zee-ijs wordt sterk versterkt door de aanwezigheid van thermohaliene trappen. Het begrijpen van het proces van trapvorming in de polaire oceanen is dus belangrijk voor het ontwikkelen van toekomstige prognoses van de opwarming van de aarde en het informeren van inspanningen om het verlies van zee-ijs te verminderen.

"In dit tijdperk van opwarming van de aarde is het een algemeen erkend feit dat het verlies van de ijskap in de Noordelijke IJszee een cruciaal aspect is van dit wereldwijde proces", zegt universiteitsprofessor W. Richard Peltier, van de afdeling natuurkunde, een co-auteur van de studies en Ma's Ph.D. supervisor.

"Hoewel de mate waarin trapvorming bijdraagt ​​​​aan dit verlies nog moet worden gekwantificeerd, kunnen we zeker zeggen dat de oceaancomponent van de klimaatmodellen die worden gebruikt om projecties van het broeikaseffect te maken, het trapvormingsproces niet kan oplossen. "

Het onderzoek bouwt voort op eerder werk dat zich richtte op het begrijpen van de wereldwijde oceaancirculatie onder de ijstijdomstandigheden van 30.000 tot 70.000 jaar geleden.

In het eerder ontwikkelde model van het gletsjerklimaat werd aangetoond dat de snelle overgangen van koud naar warm weer werden veroorzaakt door een groot "gat" in de zee-ijsbedekking van de Noord-Atlantische Oceaan als gevolg van warmtestroom uit de oceaan in het zee-ijs . De grootte van deze warmtestroom werd bepaald door de aanname dat zich een trap had gevormd in de oceaan eronder. + Verder verkennen

Tot op de bodem van de afname van het zee-ijs in het Noordpoolgebied:profilering van smeltwaterverdelingen om voorspellingen van zee-ijs te versterken