Det finns ett nytt sätt att mäta havets medeltemperatur tack vare forskare vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego. I en artikel publicerad den 4 januari, 2018, nummer av tidningen Natur , geovetaren Jeff Severinghaus och kollegor vid Scripps Oceanography och institutioner i Schweiz och Japan redogjorde för sin banbrytande strategi.

Att bestämma förändringar i medeltemperaturen i hela världshavet har visat sig vara en nästan omöjlig uppgift på grund av fördelningen av olika vattenmassor. Varje vattenlager kan ha drastiskt olika temperaturer, så att bestämma genomsnittet över hela havets yta och djup utgör en utmaning.

Severinghaus och kollegor kunde kringgå dessa hinder genom att indirekt bestämma värdet. Istället för att mäta vattentemperaturen, de bestämde förhållandet mellan ädelgaser i atmosfären, som står i direkt relation till havets temperatur.

"Denna metod är ett radikalt nytt sätt att mäta förändringar i den totala havsvärmen, " sade Severinghaus. "Det drar fördel av det faktum att atmosfären är väl blandad, så en enda mätning var som helst i världen kan ge dig svaret."

I studien, forskarna mätte värden på ädelgaserna argon, krypton, och xenon i luftbubblor som fångats inuti is i Antarktis. När haven värms upp, krypton och xenon släpps ut i atmosfären i kända mängder. Förhållandet mellan dessa gaser i atmosfären möjliggör därför beräkning av den genomsnittliga globala havstemperaturen.

Mätningar togs från isprover som samlats in under West Antarctic Ice Sheet (WAIS) Divide kärnborrningsprojekt, där Severinghaus är ledare. Under sex fältsäsonger i Antarktis, en borr tog bort is i cylindriska prover 3,7 meter (knappt 9 fot) i längd. Det slutliga provet togs på ett djup av 3, 405 meter (över 11, 000 fot) 2011. Detta rekord sträcker sig över nästan 100, 000 år och skiktens ålder kan bestämmas till inom 50 år. Jordens atmosfär blandas på en skala från veckor till månader, så en mätning av dessa luftbubblor ger vad som i huvudsak är ett globalt genomsnitt. För denna studie, forskare fokuserade på prover 8, 000 till 22, 000 år gammal, och samlade in data i steg med i genomsnitt 250 år i upplösning.

Nya insikter om glaciationscyklerna som inträffade på jorden långt innan människor började påverka temperaturen i atmosfären och haven är nu möjliga med hjälp av tekniken att mäta mängder ädelgas. Studien fastställde att den genomsnittliga globala havstemperaturen vid toppen av den senaste istiden var 0,9 ºC (33,6 ºF). Det moderna havets medeltemperatur är 3,5 ºC (38,3 ºF). De inkrementella mätningarna mellan dessa datapunkter ger en förståelse av det globala klimatet som aldrig tidigare varit möjligt.

"Anledningen till att denna studie är så spännande är att tidigare metoder för att rekonstruera havsvärmeinnehåll har mycket stora åldersosäkerheter, [vilket] jämnar ut de mer subtila egenskaperna i skivan, " sa medförfattaren Sarah Shackleton, en doktorand i Severinghaus-labbet på Scripps. "Eftersom WAIS Divide är så väl daterad, det här är första gången som vi har kunnat se dessa subtila särdrag i registreringen av deglaciationen. Detta hjälper oss att bättre förstå de processer som styr förändringar i havets värmeinnehåll."

Detta dokument är resultatet av femton års arbete för Severinghaus, tillsammans med doktorander och postdoktorer i sitt labb. Diskussioner med en annan professor vid Scripps, atmosfärsforskaren Ralph Keeling, skapade idén. Keeling studerar argonnivåerna i atmosfären för att få ett liknande rekord av havsvärme som går tillbaka några decennier. Dock, luftbubblor instängda i is bevarar inte argonnivåerna korrekt. Severinghaus upptäckte att xenon och krypton är välbevarade i iskärnor, som ger den temperaturinformation som sedan kan användas av forskare som studerar många andra aspekter av jordens hav och atmosfär under hundratusentals år.

Går framåt, förhållandet mellan dessa samma ädelgaser kan bestämmas från atmosfäriska prover tagna var som helst i världen. Till exempel, en mätning från Ellen Browning Scripps Memorial Pier i La Jolla representerar ett globalt medelvärde av havstemperaturen. Severinghaus hoppas kunna finjustera proceduren.

"Vår precision är cirka 0,2 ºC (0,4 ºF) nu, och de senaste 50 årens uppvärmning är bara cirka 0,1 ºC, " han sa, tillägger att avancerad utrustning kan ge mer exakta mätningar, gör det möjligt för forskare att använda denna teknik för att spåra den nuvarande uppvärmningstrenden i världshaven.

Fram till denna punkt, de bästa uppskattningarna har kommit från Argo-programmet, ett nätverk på fler än 3, 800 robotflottor fördelade runt världens hav som mäter temperatur och andra egenskaper och rapporterar data via satellit.

Scripps driver Argo Project Office och är en av dussintals institutioner över hela världen som har deltagit sedan starten 2000. Flytarna, dock, är i första hand begränsade till isfria områden och går bara ner till ett djup av 2, 000 meter (6, 500 fot), lämnar stora nyckelområden ostuderade i strävan efter att få ett globalt havstemperaturmedelvärde.

Med denna studie, Severinghaus och kollegor har visat att mätningar av ädelgaser i atmosfären ger den historiska rekord som länge eftersökts av forskarsamhället, och kan optimeras ytterligare för att få insikter i moderna havstemperaturförändringar också.