I det kalla djupet längs havsbotten, Antarktis bottenvatten är en del av ett globalt cirkulationssystem, tillföra syre-, kol- och näringsrika vatten till världshaven. Under det senaste decenniet, forskare har övervakat förändringar i dessa vatten. Men en ny studie från Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI) tyder på att dessa förändringar i sig förändras på oväntade sätt, med potentiellt betydande konsekvenser för havet och klimatet.

I en tidning publicerad 25 januari i Vetenskapliga framsteg , ett team ledd av WHOI-oceanograferna Viviane Menezes och Alison Macdonald rapporterar att Antarctic Bottom Water (AABW) har fräschat upp i en överraskande takt mellan 2007 och 2016 – en förändring som kan förändra havscirkulationen och i slutändan bidra till stigande havsnivåer.

"Om du ändrar cirkulationen, du förändrar allt i havet, sa Menezes, en WHOI-postdoktor och studiens huvudförfattare. Havscirkulationen driver rörelsen av varma och kalla vatten runt om i världen, så det är viktigt för att lagra och reglera värme och spelar en nyckelroll i jordens temperatur och klimat. "Men vi har inte hela historien än. Vi har några nya stycken, men vi har inte hela pusslet."

Pusslet i sig är inte nytt:tidigare studier tyder på att AABW har genomgått betydande förändringar i decennier. Sedan 1990-talet, ett internationellt program med upprepade undersökningar har med jämna mellanrum tagit prover på vissa havsområdena runt om i världen för att spåra cirkulationen och förhållandena på dessa platser över tid. Längs en rad webbplatser, eller "stationer, "som sträcker sig från Antarktis till södra Indiska oceanen, forskare har spårat förhållandena för AABW – ett lager av djupt kallt vatten som är mindre än 0°C (det förblir flytande på grund av dess saltinnehåll, eller salthalt) som rör sig genom det avgrundsdjupa havet, blandas med varmare vatten när det cirkulerar runt jordklotet i södra oceanen och norrut in i alla tre av de stora havsbassängerna.

AABW bildas längs de antarktiska ishyllorna, där starka vindar kyler öppna vattenområden, kallas polynyer, tills en del av vattnet fryser. Saltet i vattnet fryser inte, dock, så det ofrusta havsvattnet runt isen blir saltare. Saltet gör vattnet tätare, får den att sjunka till havsbotten.

"Dessa vatten tros vara grunden för den storskaliga globala havscirkulationen, sa Macdonald, en senior forskningsspecialist från WHOI och studiens medförfattare. "Antarktiskt bottenvatten får sina egenskaper från atmosfären - till exempel, löst kol och syre – och skickar dem djupt ner i havet. Sedan, när vattnet rör sig runt jorden, den blandas med vattnet runt omkring och de börjar dela på varandras egenskaper. Det är som att ta ett djupt andetag och släppa det riktigt långsamt, under decennier eller till och med århundraden."

Som ett resultat, det kyliga flödet spelar en avgörande roll för att reglera cirkulationen, temperatur, och tillgången på syre och näringsämnen i hela världens hav, och fungerar både som en barometer för klimatförändringar och en faktor som kan bidra till den förändringen.

En tidigare studie som använde upprepade undersökningsdata visade att AABW hade värmts upp och fräschat upp (tillväxt mindre saltlösning) mellan 1994 och 2007. När Macdonald och Menezes återbesökte raden av stationer, de mätte hur AABW har förändrats under åren sedan.

Under australiska sommaren 2016, de anslöt sig till besättningen på forskningsfartyget R/V Revelle och kryssade norrut från Antarktis till Australien, trots frekventa stormar för att samla in prover var 30:e sjömil. I ett labb ombord, de analyserade proverna med hjälp av data från konduktivitet-temperatur-djup (CTD) sensorer, som mäter vattnets salthalt, temperatur och andra egenskaper, med stöd från studiens medförfattare Courtney Schatzman från Scripps Institution of Oceanography, vem som bearbetade rådata.

Teamet fann att den tidigare upptäckta uppvärmningstrenden har fortsatt, dock i något långsammare tempo. Den största överraskningen, dock, var dess brist på sälta:AABW i denna region har vuxit fräschare fyra gånger snabbare under det senaste decenniet än det gjorde mellan 1994 och 2007.

"Jag trodde, "Åh wow!" när jag såg förändringen i salthalt, " sa Menezes. "Du samlar in data och ibland lägger du 2 till 3 år på att hitta något, men den här gången visste vi vad vi hade inom några timmar, och vi visste att det var väldigt oväntat."

En sådan förändring, om det var globalt, kan avsevärt störa havscirkulationen och havsnivån.

"Ju fräschare och varmare vattnet är, desto mindre tät blir den, och ju mer det kommer att expandera och ta mer plats - och det leder till stigande havsnivåer, " sa Macdonald. "Om dessa vatten inte längre sjunker, det kan få långtgående effekter för globala havscirkulationsmönster."

Frågor kvarstår kring orsaken till skiftet. Menezes och Macdonald antar att uppfräschningen kan bero på en nyligen förändrad händelse. År 2010, ett isberg ungefär lika stort som Rhode Island kolliderade med Antarktis Mertz Glacier Tongue, skär ut mer än 1, 000 kvadratkilometer och omformar islandskapet på George V/Adelie Land Coast, där AABW som observerats i denna studie tros bildas. Den efterföljande smältningen fräschade upp vattnet där dramatiskt, vilket i sin tur kan ha fräschat upp AABW också. Framtida studier skulle kunna använda kemisk analys för att spåra vattnet tillbaka till platsen för kollisionen och kalvningen och bekräfta hypotesen.