Antarktis har en ström som cirklar landmassan som en del av södra oceanen. Denna ström kallas den antarktiska cirkumpolära strömmen. När de västliga vindarna förstärks under sommaren på södra halvklotet, vatten söder om strömmen försuras snabbare än vad som kan redovisas i koldioxid enbart från atmosfären. Det motsatta mönstret observerades norr om strömmen.

Varför händer detta och varför spelar det någon roll?

Professor Wei-Jun Cai vid University of Delaware var med och skrev en artikel som dök upp i Naturkommunikation och tar upp de frågorna.

Forskare som är involverade i studien säger att dessa effekter beror på en kombination av processer som drivs av dessa västliga vindar - en teori som bekräftades av två decenniers observationsdata från söder om Tasmanien.

Att förstå de faktorer som styr havsförsurningen är viktigt för att förutsäga vilken inverkan som havets förändrade kemi kommer att ha på marina organismer och ekosystem i framtiden. Södra oceanen, även känd som Antarktiska havet, är en kritisk plats för att studera dessa mekanismer på grund av dess stora kapacitet att lagra koldioxid från atmosfären, en avgörande komponent i klimatförändringen.

Datadrivna resultat gynnar framtida förutsägelsemodeller

Det fjärde största havet, södra oceanen har ett naturligt lågt pH och mättnadstillstånd för aragonit, ett karbonatmineral som marina organismer behöver för att bygga sina skal. Detta anses bero på södra oceanens kalla temperaturer, som i genomsnitt -2 till 7 grader Celsius (ungefär 28 till 45 grader Fahrenheit), och stark vertikal blandning i hela vattenpelaren.

På grund av dessa kalla temperaturer och djup blandning, koldioxiden som absorberas vid vattenytan kan snabbt överföras till och lagras i de djupa områdena i södra oceanen, till skillnad från de flesta hav på lägre latitud där enorma temperaturskillnader hindrar ytvattnet och djuphavet från att blandas.

När atmosfärens koldioxidnivåer fortsätter att öka, dock, ytvattnet i södra oceanen förväntas bli allt mer känsligt för havsförsurning.

"Södra oceanen är ett fönster mot djuphavet, sa Cai, en expert på oorganisk kolkemi och Mary A.S. Lighthipe Chair of Earth, Hav och miljö på UD. "Bättre förståelse för mekanismerna för havsförsurning här kan hjälpa till att förbättra prediktionsmodeller för hur mycket atmosfärisk koldioxid havet kan ta upp här och på andra håll."

På södra halvklotet, det huvudsakliga sättet att atmosfären varierar är genom det som kallas Southern Annual Mode (SAM). När detta läge ändras från en ytterlighet till en annan, tryckskillnaden gör att bältet av västliga vindar (eller jetström) runt Antarktis rör sig norrut eller söderut. När jetströmmen av luft förstärks (en positiv SAM-trend), den drar ihop sig mot Antarktis. När jetströmmen försvagas (en negativ SAM-trend), den expanderar norrut mot ekvatorn.

I deras studie, forskarna undersökte hur västliga vindar reglerar försurningen av havet, med hjälp av kontinuerliga datamätningar av koldioxid från söder om Tasmanien registrerade under två kontrasterande decennier, 1991-2000 och 2001-2011. Forskarna tillskrev den ökade försurningen till de västliga vindarna som transporterar surare vatten horisontellt från platser på högre latitud mot ekvatorn och vertikalt från underytan till ytan.

"När du har en tryckskillnad, du har en starkare vind och vinden går alltid från högtryck till lågtryck, driver ythavsströmmarna från en punkt till en annan. I fysisk oceanografi kallar vi denna vinddrivna Ekman-transport, " sa Cai.

När västliga vindar minskar, resultatet är det motsatta och mindre surt ytvatten överförs mot sydpolen.

"Oavsett om vi studerar detta i Chesapeake Bay, Mexikanska golfen eller södra oceanen, det är av samma anledning att en annan källa till koldioxid eller försurat vatten kommer in i studieområdet. Men beroende på platsen, denna mekanism kan visa sig annorlunda, " sa Cai.

Denna blandning av södra havet sträcker sig till ett djup av cirka 300 till 400 meter (cirka 1, 000 till 1, 300 fot). Detta är mycket djupare än, säga, i Chesapeake Bay eller den syrefattiga Mexikanska golfen där vattnets djupaste regioner kan sträcka sig bara 20 till 50 meter (54-164 fot djupt).

I teorin, när koldioxiden i atmosfären ökar, havets koldioxidnivåer (dvs. havsförsurningen) bör öka parallellt. Dock, Cai förklarade att uppströmning av djupare vatten som innehåller mer koldioxid i kombination med havscirkulationsmönster, eller blandning av olika lager av havet, kan göra att vattnets pH och karbonatmättnadstillstånd varierar ganska mycket. Cai sa att även om det nyligen har funnits några tidningar på detta område, han och hans kollegor är de första som med direkta data visar att detta orsakas av vindstress.

"Det är mycket debatt om den här frågan, men när de sätts ihop, de två decenniernas data gav en konsekvent historia att havscirkulationsmönster verkligen påverkar havsförsurningen, " sa Cai.

Så, vad har södra oceanen med Delaware att göra?

"Södra oceanen är ett område som verkligen förändrar djuphavets koldioxidsignal på grund av denna snabba blandning till djuphavet, sade Cai. Följaktligen, när vindhastigheter gör att vattnets lager blandas och ändrar cirkulationsmönster, det kan verkligen driva förändringar som kan vara betydande för det globala havet, och i stort sett, skulle så småningom påverka andra områden, inklusive Atlanten."