Södra oceanens roll i att driva den globala kolcykeln kan vara starkare än väntat eftersom den biologiska kolpumpen inte är "avstängd" på vintern som man tidigare trott.

Baserat på den mest omfattande vinterstudien hittills, genomfördes i södra oceanen under juli och augusti 2017, forskare från Stellenbosch Universitys Center for Trace and Experimental Biogeochemistry (TracEx) vid Institutionen för geovetenskaper kunde visa att växtplankton verkligen var aktivt under de iskalla och mörka vintermånaderna.

Dessa fynd är viktiga för prediktiva globala klimatmodeller, som för närvarande huvudsakligen baseras på vår- och sommarsäsonger. Med tillägg av data från vintern, modellerna kan nu bättre representera kolöverföringscykeln mellan atmosfär och hav över säsonger. För vetenskapsmän, detta är ett steg framåt för att analysera känsligheten hos denna överföring för klimatförändringar.

Växtplankton är mikroskopiskt, encelliga växtliknande organismer suspenderade mestadels i de översta 100 metrarna av haven. Använda solljus för energi och lösta oorganiska näringsämnen, växtplankton omvandlar koldioxid till organiskt kol och utgör basen i den marina näringsväven. Det har visat sig att växtplankton är lika viktiga för att modifiera planetens kretslopp av kol och koldioxid som alla världens landväxter tillsammans.

Dr Ryan Cloete, en postdoktor vid institutionen och första författare till två nya publikationer om ämnet, säger att deras fynd strider mot den allmänna uppfattningen att södra oceanen är biologiskt vilande under vintern.

"Liknande med löv som faller av träd under hösten på grund av ogynnsamma tillväxtförhållanden, antagandet var att växtplankton inte heller skulle vara aktivt under vintern. Ett av våra viktigaste fynd är att växtplankton verkligen är aktivt under vintern i södra oceanen, men inte till de nivåer vi ser på sommaren. Hur växtplankton kan anpassa sig till vinterförhållanden är inte väl förstått, och vår forskning om spårnäringsämnen är det första steget i att ta reda på dessa anpassningsstrategier, " han förklarar.

Hittills, forskare har haft mycket liten förståelse för de förhållanden som kännetecknar södra oceanen under vintern. Detta beror främst på utmaningen att ta prover från ett hav i minusgrader samtidigt som det motverkar stormvindar och vågor på upp till 20 meter. Det är inte utan anledning som tidiga sjömän gav smeknamnet på denna sträcka av södra oceanen mellan breddgraderna 40° till 60° söder om "Rynande Forties", följt av "Furious Fifties" och "Screaming Sixties".

Dr Cloete säger att södra oceanen spelar en fundamentalt viktig roll för att reglera jordens klimat:"Det uppskattas lagra cirka 75 % av det globala oceaniska upptaget av överskottsvärme och 35 % av det globala upptaget av överskott av kol från atmosfären. Södra oceanen är också det enda hav som direkt förbinder de tre stora havsområdena, dvs Stilla havet, Atlanten och Indiska oceanen. Med andra ord, vad som händer i södra oceanen har en inverkan på det globala havet."

Denna globala process drivs genom en process som kallas termohalin cirkulation ('termos' betyder värme och 'halin' betyder salthalt). Vid polerna, det kalla och täta havsvattnet sjunker till det djupa havet, varifrån den flyter i stora havsströmmar för att så småningom återvända till ytan genom blandning och vinddriven uppströmning på de varmare breddgraderna. Forskare kallar detta det stora havstransportbandet, och det kan ta vatten nästan tusen år att slutföra resan. Södra oceanen fungerar därför som ett centralt nav där inströmmande vatten modifieras och omfördelas över hela det globala havet.

Dr Cloete säger att vintersäsongen i södra oceanen är extremt viktig för att sätta den biologiska scenen för vår- och sommarsäsongen:"På vintern, starka stormar och vindar skapar ett mer instabilt ytskikt som tränger in under det stabila sommarytvattnet, som nu är uttömda på näringsämnen efter växtsäsongen. Detta möjliggör blandning med det näringsrika vattnet som finns i vattnet under ytan. Med hjälp av ökade solljustimmar och lugnare hav, denna vinterpuls av näringsämnen till ytan hjälper till att katalysera och upprätthålla vårens och sommarens växtplanktonblomningar som, i tur och ordning, lockar valar, delfiner och pingviner till södra oceanens buffé från norr.

"Att observera vintersystem hjälper oss att förstå olika anpassnings- och överlevnadsstrategier för växtplankton under ogynnsamma tillväxtförhållanden samt näringspåfyllningsprocesser i extremt näringsfattiga ytvatten i slutet av sommarsäsongen. Detta är extremt viktigt eftersom södra oceanens cirkulationsnav kräver att dessa vatten transporteras norrut, påverka havets produktivitet i stora delar av det globala havet på låg latitud, " han förklarar.

Prof Alakendra Roychoudhury, specialist i miljö och marin biogeokemi vid SU och chef för TracEx forskargrupp, säger att fynden bekräftar södra oceanens globala inflytande när det gäller att reglera klimatet och den marina näringsväven:"Jordsystemet är intrikat kopplat genom fysiska, kemiska och biologiska processer med självkorrigerande återkopplingsslingor för att modulera variabilitet och motverka klimatförändringar. Vår forskning är ett utmärkt exempel på denna koppling där biokemiska processer sker på mikroskopisk nivå i gränsytan mellan vatten och mikroorganismer, påverkas av storskalig havscirkulation och blandning.

"Det är svårt att förstå att dessa mikroskopiska processer kan påverka globala processer som uppvärmningen av vår planet eftersom vi ofta saknar kunskapen om de kopplade processerna och deras återkopplingssvar, " avslutar han.

Forskningen publicerades i Marin kemi .