En märkt sälelefant solar sig på Kerguelen Island, ett franskt territorium i Antarktis. Elefantsälar är märkta som en del av ett franskt forskningsprogram som heter SO -MEMO (Observing System - Mammals as Samplers of the Ocean Environment), drivs av det franska nationella centret för vetenskaplig forskning (CNRS). Taggarna - faktiskt, sensorer med antenner - limmas på sälarnas huvuden i enlighet med etablerade etiska normer när djuren kommer i land antingen för att häcka eller för att molta. Forskarna tar bort taggarna för att hämta deras data när sälarna återvänder till land. Om de missar en tagg, det faller av med det döda skinnet under nästa smältningssäsong. Kredit:Sorbonne University/Etienne Pauthenet
Den antarktiska cirkumpolära strömmen flödar i en slinga runt Antarktis, förbinder Atlanten, Stilla havet och Indiska oceanen. Det är en av de viktigaste havsströmmarna i vårt klimatsystem eftersom det underlättar utbytet av värme och andra egenskaper mellan haven den länkar samman.
Men hur strömmen överför värme, särskilt vertikalt från havets översta skikt till bottenskikten och vice versa, är fortfarande inte helt förstått. Denna ström är mycket turbulent, producerar virvlar – virvlande virvlar av vatten som liknar stormar i atmosfären – mellan 30 till 125 miles (50 till 200 kilometer) i diameter. Det sträcker sig också över cirka 13, 000 miles (21, 000 kilometer) genom en särskilt avlägsen och ogästvänlig del av världen, vilket gör det till en av de svåraste strömmarna för forskare – som åtminstone de av den mänskliga sorten – att observera och mäta.
Tur för Lia Siegelman, en gästforskare vid NASA:s Jet Propulsion Laboratory i Pasadena, Kalifornien, det grova havet utgjorde ingen utmaning för hennes vetenskapliga sidekick:en märkt sydlig elefantsäl.
Utrustad med en specialiserad sensor som påminner om en liten hatt, sälen simmade mer än 3, 000 miles (4, 800 kilometer) på en tre månader lång resa, mycket av det genom det turbulenta, virvelrika vatten i den antarktiska cirkumpolära strömmen. Sälen gjorde cirka 80 dyk på djup från 550 till 1, 090 yards (500 till 1, 000 meter) per dag under denna tid. Hela tiden, den samlade in en kontinuerlig ström av data som har gett ny insikt om hur värme rör sig vertikalt mellan havslager i denna flyktiga region – insikt som tar oss ett steg närmare att förstå hur mycket värme från solen havet där kan absorbera.
För ett nytt papper publicerat nyligen i Naturgeovetenskap , Siegelman och hennes medförfattare kombinerade sälens data med satellit-altimetradata. Satellitdata från havsytan visade var de virvlande virvlarna fanns inom strömmen och vilka virvlar sälen simmade igenom. Analysera den kombinerade datamängden, forskarna ägnade särskild uppmärksamhet åt den roll som mindre havsegenskaper spelade i vertikal värmetransport. Siegelman blev förvånad över resultatet.
"Dessa medelstora virvlar är kända för att driva produktionen av småskaliga fronter-plötsliga förändringar i vattentäthet som liknar kalla och varma fronter i atmosfären, " sa hon. "Vi fann att dessa fronter var uppenbara cirka 500 meter [550 yards] in i havets inre, inte bara i ytskiktet som många studier tyder på, och att de spelade en aktiv roll i vertikal värmetransport. "
Enligt Siegelman, deras analys visade att dessa fronter fungerar som kanaler som transporterar mycket värme från havets inre tillbaka till ytan. "De flesta aktuella modelleringsstudier indikerar att värmen skulle flytta från ytan till havets inre i dessa fall, men med de nya observationsdata från sälen, vi upptäckte att så inte var fallet, " Hon sa.
Detta 3D-schema visar hur en märkt elefantsäl samlar in data genom att simma långa sträckor och dyka till stora djup genom turbulenta vatten nära Antarktis. Satellitdata används för att identifiera egenskaper hos de vatten genom vilka sälarna simmar. Det blå representerar kyla, tätt vatten; de röda områdena är mindre täta och vanligtvis varmare. Kredit:NASA
Varför det spelar roll
Havets ytskikt kan bara absorbera en begränsad mängd värme innan naturliga processer, som avdunstning och nederbörd, sparka in för att kyla ner det. När djupa havsfronter skickar värme till ytan, att värme värmer ytskiktet och skjuter det närmare värmetröskeln. Så i huvudsak, i de områden där denna dynamik finns, havet kan inte absorbera så mycket värme från solen som det annars skulle kunna.
Nuvarande klimatmodeller och de som används för att uppskatta jordens värmebudget tar inte hänsyn till effekterna av dessa småskaliga havsfronter, men tidningens författare hävdar att de borde.
"Inexakt representation av dessa småskaliga fronter kan avsevärt underskatta mängden värme som överförs från havets inre tillbaka till ytan och, som en konsekvens, eventuellt överskatta mängden värme havet kan absorbera, "Siegelman sa. "Detta kan vara en viktig implikation för vårt klimat och havets roll för att kompensera effekterna av den globala uppvärmningen genom att absorbera det mesta av värmen."
Forskarna säger att detta fenomen också sannolikt finns i andra turbulenta områden i havet där virvlar är vanliga, inklusive golfströmmen i Atlanten och Kuroshio -förlängningen i norra Stilla havet.
Även om deras resultat är betydande, Siegelman säger att det behövs mer forskning för att till fullo förstå och kvantifiera de långsiktiga effekterna som dessa fronter kan ha på det globala havet och vårt klimatsystem. Till exempel, studien bygger på observationer under senvåren och försommaren. Resultaten kan vara mer uttalade under vintermånaderna, när dessa småskaliga fronter tenderar att vara starkare. Denna forskning kommer också att dra nytta av ytterligare studier på andra platser.
