Een van de ruwste en meest dynamische gebieden op aarde is de marginale ijszone - de plaats waar oceaangolven zee-ijs ontmoeten, dat wordt gevormd door bevriezing van het oceaanoppervlak.

Vandaag gepubliceerd, een themanummer van het tijdschrift Philosophical Transactions of the Royal Society A geeft een overzicht van de snelle vooruitgang die onderzoekers het afgelopen decennium hebben geboekt bij het begrijpen en modelleren van deze uitdagende omgeving.

Dit onderzoek is van vitaal belang voor ons om de complexe interacties van de klimaatsystemen op aarde beter te begrijpen. Dat komt omdat de marginale ijszone een rol speelt bij het seizoensgebonden bevriezen en ontdooien van de oceanen.

Een harde plek om te studeren

In de Arctische en Antarctische wateren zijn de oppervlaktetemperaturen van de oceanen voortdurend lager dan -2℃—koud genoeg om te bevriezen en een laag zee-ijs te vormen.

Op de hoogste breedtegraden dichter bij de polen vormt zee-ijs een solide, enkele meters dik deksel op de oceaan dat de zonnestralen weerkaatst, het gebied afkoelt en koel water rond de oceanen drijft. Dit maakt zee-ijs een belangrijk onderdeel van het klimaatsysteem.

Maar op lagere breedtegraden, als de met ijs bedekte oceaan overgaat in de open oceaan, vormt zee-ijs kleinere, veel mobielere brokken die "ijsschotsen" worden genoemd en die worden gescheiden door water of een slurry van ijskristallen.

Deze marginale ijszone werkt op een heel andere manier samen met de atmosfeer erboven en de oceaan eronder om dichter bij de polen ijs te bedekken.

Het is een uitdagende omgeving voor wetenschappers om in te werken, met een reis naar de marginale ijszone rond Antarctica in 2017 met winden van meer dan 90 km/u en golven van meer dan 6,5 meter hoog. Het is ook moeilijk om op afstand te observeren omdat de schotsen kleiner zijn dan wat de meeste satellieten kunnen zien.

Verpletterd door golven

De marginale ijszone staat ook in wisselwerking met de open oceaan via oppervlaktegolven, die van het open water naar de zone reizen en het ijs beïnvloeden. De golven kunnen een vernietigend effect hebben op de ijsbedekking, doordat ze grote ijsschotsen opbreken en ze in de zomer vatbaarder maken voor smelten.

In de winter daarentegen kunnen golven de vorming van "pannenkoek"-ijsschollen bevorderen, zo genoemd omdat het dunne schijven van zee-ijs zijn (je kunt ze in de afbeelding hierboven zien).

Maar golfenergie zelf gaat verloren tijdens interacties met ijsschotsen, zodat golven geleidelijk zwakker worden naarmate ze dieper in de marginale ijszone reizen. Dit levert golf-ijs-feedbackmechanismen op die de evolutie van zee-ijs in een veranderend klimaat stimuleren.

Een trend naar warmere temperaturen zal bijvoorbeeld de ijsbedekking verzwakken, waardoor golven dieper in met ijs bedekte oceanen kunnen reizen en meer uiteenvallen veroorzaken, wat de ijsbedekking verder verzwakt, enzovoort.

Wetenschappers die de dynamiek van de marginale ijszone bestuderen, willen ons begrip verbeteren van de rol van de zone in de dramatische en vaak verbijsterende veranderingen die het zee-ijs in de wereld ondergaat als reactie op klimaatverandering.

In de Noordelijke IJszee is de zee-ijsbedekking bijvoorbeeld "met ongeveer de helft afgenomen sinds de jaren tachtig". Op Antarctica heeft de zee-ijsbedekking onlangs zowel een van de grootste als de kleinste geregistreerde omvang gehad, waarbij de marginale ijszone een bron van jaar-op-jaar variabiliteit is.

Onze vooruitgang bij het beter begrijpen van deze harde regio's draaide om grote internationale onderzoeksprogramma's, uitgevoerd door het Office of Naval Research van de Verenigde Staten en anderen. Bij deze programma's zijn aardwetenschappers, geofysici, oceanografen, ingenieurs en zelfs toegepaste wiskundigen (zoals wij) betrokken.

Recente inspanningen hebben geleid tot innovatieve observatietechnieken, zoals een methode om de dynamiek van golven en ijsschotsen in de marginale ijszone vanaf een ijsbreker in 3D in beeld te brengen en ijsgolven vast te leggen op satellietbeelden.

Ze hebben ook geresulteerd in nieuwe modellen die de interactie van golven en ijs kunnen simuleren, van het niveau van individuele ijsschotsen tot het algemene gedrag van hele oceanen. De vorderingen hebben geleid tot een door Australië geleid experiment van meerdere maanden in de Antarctische marginale ijszone, op de nieuwe $ 500 miljoen ijsbreker RSV Nuyina, die volgend jaar wordt verwacht.

De marginale ijszone zal in de toekomst een steeds belangrijker onderdeel worden van de zee-ijsbedekking van de wereld, naarmate de temperatuur stijgt en de golven extremer worden.

Ondanks de snelle vooruitgang is er nog een lange weg te gaan voordat het begrip van feedbackprocessen in de marginale ijszone zich vertaalt in verbeterde klimaatvoorspellingen die bijvoorbeeld worden gebruikt door het International Panel on Climate Change Assessment Reports.

Het opnemen van de marginale ijszone in klimaatmodellen is door een van de leidende figuren beschreven als de "heilige graal" voor het veld, en het themanummer wijst op nauwere banden met de bredere klimaatgemeenschap als de volgende belangrijke richting voor het veld. + Verder verkennen

IJs, wind en zee

Dit artikel is opnieuw gepubliceerd vanuit The Conversation onder een Creative Commons-licentie. Lees het originele artikel.