Beaufort Gyre är en enorm, 600 mil bred pool av virvlande kyla, färskt vatten i Ishavet, strax norr om Alaska och Kanada. På vintern, denna ström täcks av ett tjockt islock. Varje sommar, när isen smälter bort, den exponerade gyran samlar upp havsis och avrinning från floder, och drar ner det för att skapa en enorm reservoar med kallt sötvatten, lika med volymen för alla de stora sjöarna tillsammans.

Forskare vid MIT har nu identifierat en nyckelmekanism, som de kallar "ishavshövdingen, "som styr hur snabbt Beaufort Gyre snurrar och hur mycket sötvatten det lagrar. I ett papper publicerat idag i Geofysiska forskningsbrev , forskarna rapporterar att Arktis iskappa i huvudsak sätter en hastighetsbegränsning på gyrens snurr.

Under de senaste två decennierna har eftersom temperaturen har stigit globalt, Arktis sommaris har successivt krympt i storlek. Teamet har observerat att med mindre is tillgänglig för att styra Beaufort Gyres snurr, strömmen har tagit fart de senaste åren, samlar upp mer havsis och expanderar i både volym och djup.

Om de globala temperaturerna fortsätter att stiga, forskarna förväntar sig att mekanismen som styr gyrens snurr kommer att minska. Med ingen guvernör att begränsa sin hastighet, forskarna säger att bråket sannolikt kommer att övergå till "en ny regim" och så småningom spilla över, som ett överfullt badkar, släpper ut stora mängder kyla, färskt vatten in i Nordatlanten, som kan påverka det globala klimatet och havscirkulationen.

"Detta föränderliga isöverdrag i Arktis förändrar systemet som driver Beaufort Gyre, och förändrar dess stabilitet och intensitet, "säger Gianluca Meneghello, en forskare vid MIT:s Department of Earth, Atmosfär och planetvetenskap. "Om allt detta färska vatten släpps ut, det kommer att påverka cirkulationen av Atlanten. "

Meneghello är medförfattare till tidningen, tillsammans med John Marshall, Cecil och Ida Green professor i oceanografi, Jean-Michel Campin och Edward Doddridge från MIT, och Mary-Louise Timmermans från Yale University.

Ett "nytt arktiskt hav"

Det har varit en handfull gånger i det registrerade förflutna när Beaufort Gyre har runnit ut, som började med den stora salthaltsanomali i slutet av 1960 -talet, när gasen skickade en förkylning, sötvatten söderut. Färskvatten har potential att dämpa havets omkastningscirkulation, påverkar yttemperaturer och kanske storm och klimat.

Liknande händelser kan inträffa om den arktiska isen som styr Beaufort Gyres snurr fortsätter att sjunka varje år.

"Om denna ishavshövding går bort, då kommer vi att få ett nytt arktiskt hav, "Säger Marshall.

"Naturen har en naturlig guvernör"

Forskarna började undersöka dynamiken i Beaufort Gyre för flera år sedan. Vid den tiden, de använde mätningar som tagits av satelliter mellan 2003 och 2014, att spåra rörelsen av det arktiska isskyddet, tillsammans med arktiska vindens hastighet. De använde dessa mätningar av is och vindhastighet för att uppskatta hur snabbt Beaufort Gyre måste vara nedströms, eller snurrar ner under isen. Men antalet de kom på var mycket mindre än vad de förväntade sig.

"Vi trodde att det var ett kodningsfel, "Marshall minns." Men det visar sig att det var något annat som sparkade tillbaka. "Med andra ord, det måste finnas någon annan mekanism som var begränsande, eller saktar ner, gyrens snurr.

Teamet räknade om gyrens hastighet, den här gången genom att inkludera uppskattningar av havsaktiviteten i och runt gyren, som de härledde från satellitmätningar av havsytans höjder. Den nya uppskattningen, Meneghello säger, var "mycket rimligare".

I denna nya tidning, forskarna studerade samspelet mellan is, vind, och havsströmmar på mer djup, med hög upplösning, idealiserad representation av havscirkulationen baserat på MIT General Circulation Model, byggd av Marshalls grupp. De använde denna modell för att simulera säsongsaktiviteten i Beaufort Gyre när den arktiska isen expanderar och avtar varje år.

De fann att på våren, när den arktiska isen smälter bort, gyre utsätts för vinden, som verkar för att piska upp havsströmmen, får det att snurra snabbare och dra mer sötvatten från Arktis flodavrinning och smältande is. På vintern, när den arktiska inlandsisen expanderar, isen fungerar som ett lock, som skyddar vindkraften från vindarna som rör sig snabbt. Som ett resultat, gyre snurrar mot isens undersida och saktar sakta ner.

"Isen rör sig mycket långsammare än vind, och när gyren når isens hastighet, vid denna tidpunkt, det finns ingen friktion - de roterar tillsammans, och det finns inget som tillämpar en stress [för att påskynda gasen], "Meneghello säger." Detta är mekanismen som styr gyrens hastighet. "

"I mekaniska system, guvernören, eller begränsare, börjar när saker går för fort, "Marshall tillägger." Vi fann att naturen har en naturlig guvernör i Arktis. "

Marshall och Meneghello noterar att eftersom arktiska temperaturer har stigit under de senaste två decennierna, och sommaren har krympt för varje år, hastigheten på Beaufort Gyre har ökat. Dess strömmar har blivit mer varierande och oförutsägbara, och bromsas bara något av isens återkomst på vintern.

"Vid något tillfälle, om denna trend fortsätter, gyre kan inte svälja allt det färska vattnet som det drar ner, "Säger Marshall. Så småningom, våningen kommer troligen att gå sönder och bråket brister, släppa hundratals miljarder liter kallt, färskt vatten in i Nordatlanten.

En allt mer instabil Beaufort Gyre kan också störa Arktis haloklin - lagret av havsvatten som ligger bakom gyrens kalla sötvatten, som isolerar det från mycket djupare, varmare, och saltare vatten. Om haloklinen på något sätt försvagas av en mer instabil gyre, detta kan uppmuntra varmare vatten att stiga, ytterligare smältning av den arktiska isen.

"Detta är en del av det vi ser i en värmande värld, "Säger Marshall." Vi vet att de globala medeltemperaturerna stiger, men de arktiska temperaturerna stiger ännu mer. Så Arktis är mycket sårbart för klimatförändringar. Och vi kommer att leva igenom en period där guvernören går bort, väsentligen."

Denna artikel publiceras på nytt med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT -forskning, innovation och undervisning.