Använda undervattensrobotar i vattnen kring Antarktis, forskare vid Caltech har visat att skärningspunkten mellan starka strömmar och landmassans sluttning från havsbotten ger ett betydande bidrag till blandningen av olika vatten i södra oceanen. En studie om forskningen publicerades online i tidskriften Naturgeovetenskap den 30 oktober.

För att förstå havsbottnets viktiga roll för att blanda havsvatten, föreställ dig en vätska i en mixer. Blandning av vätskan sker inte jämnt i mixern; snarare, vätskan blandar sig snabbare närmare de snurrande bladen i botten än den gör i toppen. Ändå, hållfastheten och hastigheten på bladen bestämmer i vilken grad material blandas i hela behållaren.

Liknande, i havet, globala vattenegenskaper kan bero på mycket lokaliserade blandningsprocesser. Forskare är intresserade av att förstå var och hur denna blandning sker, eftersom det styr havets storskaliga cirkulation och dess förmåga att binda koldioxid. (Havet lagrar atmosfärisk koldioxid genom att absorbera den i ytvattnet och sedan, trycker ner den i djuphavet i en hastighet som kontrolleras av havsblandning. Kolet finns kvar i djuphavet i hundratals till tusentals år innan det återvänder till ytan igen.)

"De flesta globala havsobservationer får mätningar i det öppna havet eller i de översta lagren av vattnet, medan vår forskning visar att viktiga blandningsprocesser kan förekomma i djuphavet i tunna lager över sluttande topografi, " säger seniorförfattaren Andrew Thompson, professor i miljövetenskap och teknik vid Caltech.

Thompson och hans kollegor satte in två autonoma undervattensdrönare, eller "glidare, " under en period av åtta månader under loppet av ett och ett halvt år i södra oceanen, som omger Antarktis. Teamet koncentrerade sig på regionen runt Drake Passage, den 1, 000 kilometer bred vattenväg mellan Antarktis och Sydamerika.

Segelflygplanen kunde nå djup på 1, 000 meter — nästan skrapa botten ibland. De bär instrument för att mäta temperatur, salthalt, mängden olika näringsämnen som kväve och järn, och andra variabler. När segelflygplanen kommer upp till ytan, de vidarebefordrar regelbundet dessa uppgifter till Thompson och hans kollegor. På det här sättet, de kunde dokumentera stark blandning som förekom i tunna lager i vattnet nära kustlinjens "kanter", där havsströmmar skaver mot Antarktis stigande kontinentalmassa.

"Det finns växande bevis för att topografi spelar en större roll i oceanografisk blandning än vi tidigare hade misstänkt, "säger huvudförfattaren Xiaozhou Ruan, en Caltech-student. "Medan denna gränsregion representerar en liten del av havet, samspelet mellan vatten och kontinental topografi spelar en stor roll i blandningen."

Sådan blandning har förutspåtts av högupplösta havscirkulationsmodeller, men detta är första gången det har observerats direkt under en period på många månader. Att dokumentera dessa fysiska processer och förbättra vår förståelse för var och hur de uppstår kan förbättra vår förmåga att simulera förändringar i havscirkulationen och i jordens klimat i det förflutna och i framtiden, Thompson och hans kollegor säger.

Nästa, teamet planerar att placera ut flera segelflygplan i Bellingshausenhavet, belägen väster om den antarktiska halvön, där havsprocesser bidrar till de höga smälthastigheterna för de flytande antarktiska ishyllorna som stödjer den västantarktiska istäcket.

Studien har titeln "Bidrag av topografiskt genererad turbulens i submesoskala till att södra oceanen välter."