Långt från det stora, fasta kroppar av vatten oceanografer tyckte att de var för ett sekel sedan, haven idag är kända för att vara sammankopplade, mycket inflytelserika agenter i jordens klimatsystem.

En stor vändpunkt i vår förståelse av havscirkulation kom i början av 1980-talet, när forskning började tyda på att vatten strömmade mellan avlägsna regioner, ett koncept som senare kallades "det stora havstransportbandet".

Teorin håller det varmt, grunt vatten från södra Stilla havet strömmar till Indiska och Atlanten, var, när man möter kallt arktiskt vatten, den kyler och sjunker till stort djup. Detta kalla vatten cyklar sedan tillbaka till Stilla havet, där den återupphettas och stiger till ytan, börjar cykeln igen.

Denna migration av vatten har länge ansetts spela en viktig roll för att cirkulera varmt vatten, och därmed värme, världen över. Utan det, uppskattningar visar att de genomsnittliga vintertemperaturerna i Europa är flera grader svalare.

Dock, Ny forskning tyder på att dessa havsvattenvägar i global skala kan spela mindre roll i jordens värmebudget än vad man traditionellt tror. Istället, en region kan göra det mesta av de tunga lyften.

En tidning publicerad i april i Naturgeovetenskap av Gael Forget, en forskare vid MIT Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (EAPS) och medlem av programmet i Atmospheres, Hav, och klimatet, och David Ferreira, en docent vid institutionen för meteorologi vid University of Reading (och tidigare EAPS postdoc), fann att den globala havsvärmetransporten domineras av värmeexport från det tropiska Stilla havet.

Genom att använda en toppmodern havscirkulationsmodell med nästan kompletta globala havsdatauppsättningar, forskarna visade den överväldigande dominansen av det tropiska Stilla havet i distribution av värme över hela världen, från ekvatorn till polerna. Särskilt, de fann att regionen exporterar fyra gånger så mycket värme som importeras i Atlanten och Arktis.

"Vi ifrågasätter inte det faktum att det går mycket vatten från en bassäng till en annan, " säger Forget. "Vad vi säger är, nettoeffekten av dessa flöden på värmetransporten är relativt liten. Detta resultat indikerar att det globala transportbandet kanske inte är det mest användbara ramverket för att förstå global havsvärmetransport."

Uppdaterar ECCO

Studien utfördes med hjälp av en moderniserad version av en global havscirkulationsmodell som heter Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO). ECCO är hjärnbarnet till Carl Wunsch, EAPS professor emeritus i fysisk oceanografi, som föreställde sig sitt massiva åtagande på 1980-talet.

I dag, ECCO anses ofta vara det bästa rekordet för havscirkulation hittills. Nyligen, Forget har gått i spetsen för omfattande uppdateringar av ECCO, resulterade i sin fjärde generation, som sedan har antagits av NASA.

En av de stora uppdateringarna som gjordes under Forgets ledning var tillägget av Ishavet. Tidigare versioner utelämnade området på grund av en rutnätsdesign som klämde upplösningen vid polerna. I den nya versionen, dock, rutnätet efterliknar mönstret av en volleyboll, med sex jämnt fördelade rutnätsområden som täcker världen.

Forget och hans medarbetare lade också till nya datamängder (om saker som havsis och geotermiska värmeflöden) och förfinade behandlingen av andra. Att göra så, de drog fördel av tillkomsten av världsomspännande datainsamlingsinsatser, som ARGO, som i 15 år har använt autonoma profileringsflottor över hela världen för att samla in havstemperatur och salthaltsprofiler.

"Det här är bra exempel på den typ av datamängder som vi behöver för att informera om det här problemet på global skala, " säg Glöm. "De är också den typen av datamängder som har gjort det möjligt för oss att begränsa avgörande modellparametrar."

Parametrar, som representerar händelser som inträffar i för liten skala för att inkluderas i en modells ändliga upplösning, spelar en viktig roll för hur realistiska modellens resultat är (med andra ord, hur nära dess resultat stämmer överens med vad vi ser i den verkliga världen). En av många uppdateringar Forget gjort till ECOO involverade möjligheten att justera (inom modellen) parametrar som representerar blandning av havet i liten skala och mesoskala.

"Genom att tillåta uppskattningssystemet att justera dessa parametrar, vi förbättrade anpassningen till data avsevärt, säger Glöm.

Balansakten

Med en ny och förbättrad grundläggande ram, Forget och Ferreira försökte sedan lösa en annan kontroversiell fråga:hur man bäst mäter och tolkar havsvärmetransport.

Havsvärmetransport beräknas som både produkten av havsvattnets temperatur och hastighet och värmeutbytet mellan havet och atmosfären. Hur man balanserar dessa händelser - värmeutbytet från "källan till sjunket" - kräver att man utreder vilka faktorer som betyder mest, och var.

Forget and Ferreiras är det första ramverket som förenar både det atmosfäriska och oceaniska perspektivet. Kombinera satellitdata, som fångar skärningspunkten mellan luften och havsytan, med fältdata om vad som händer under ytan, forskarna skapade en tredimensionell representation av hur värme överförs mellan luften, havsytan, och havskolonner.

Deras resultat avslöjade ett nytt perspektiv på havsvärmetransport:att nettoomfördelningen av havsvärme sker främst inom havsbassänger snarare än via de globala havsvattenvägarna som utgör det stora transportbandet.

När forskarna tog bort inre havsvärmeslingor från ekvationen, de fann att värmeomfördelning inom Stilla havet var den största källan till värmeväxling. Regionen, de hittade, dominerar överföringen av värme från ekvatorn till polerna i båda hemisfärerna.

"Vi tycker att det här är ett riktigt viktigt fynd, " säger Forget. "Det klargör många saker och, förhoppningsvis, sätter oss, som en gemenskap, på starkare fot när det gäller bättre förståelse av havsvärmetransport."

Framtida implikationer

Fynden har djupgående konsekvenser för hur forskare kan observera och övervaka havet framöver, säger Glöm.

"Samhället som sysslar med havsvärmetransport, på havets sida, tenderar att fokusera mycket på tanken att det finns en region med förlust, och kanske förbiser lite hur viktig vinstregionen kan vara, säger Glöm.

I praktiken, detta har inneburit fokus på Nordatlanten och de arktiska haven, där värmen går förlorad, och mindre fokus på det tropiska Stilla havet, där havet får värme. Dessa synpunkter dikterar ofta prioriteringar för finansiering och observationsstrategier, inklusive där instrument används.

"Ibland är det en balans mellan att placera många mätningar på en specifik plats, som kan kosta mycket pengar, kontra att ha ett program som verkligen försöker täcka en global insats, " säger Forget. "De där två sakerna konkurrerar ibland med varandra."

I artikeln, Forget och Ferreira hävdar att ihållande observation av det globala havet som helhet, inte bara på ett fåtal platser och portar som skiljer havsområdena åt, är avgörande för att övervaka och förstå havsvärmetransport.

Forget erkänner också att resultaten går emot vissa etablerade tankeskolor, och är sugen på att fortsätta forska inom området och höra olika perspektiv.

"Vi förväntar oss att stimulera en del debatt, och jag tror att det ska bli spännande att se, "säger Glöm." Om det finns pushback, desto bättre."

Den här historien återpubliceras med tillstånd av MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), en populär webbplats som täcker nyheter om MIT-forskning, innovation och undervisning.