Dragplattformen "Triaxus" bryter igenom havets hackiga yta under en storm. Genom att bogsera en sådan plattform med övervakningsinstrument genom vattnet, ändra dess djup i ett "jojo"-mönster när den reste, forskare skapade högupplösta ögonblicksbilder av hur ett färgämne som släpptes uppströms utvecklades över Gulf Stream-fronten. Kredit:Craig M. Lee, UW APL
Ny forskning ger det första direkta beviset för Gulf Stream -mixereffekten, identifiera en ny mekanism för att blanda vatten över den snabbt rörliga strömmen. Resultaten har viktiga konsekvenser för vädret, klimat och fiske eftersom havsblandning spelar en avgörande roll i dessa processer. Golfströmmen är en av de största drivkrafterna för klimat och biologisk produktivitet från Florida till Newfoundland och längs Europas västkust.
Den multiinstitutionella studien ledd av en forskare vid University of Maryland avslöjade att att slingra sig längs kanterna av Golfströmmen över områden så små som en kilometer kan vara en ledande källa till havsblandning mellan vattnen på båda sidor om strömmen. Studien publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences den 6 juli, 2020.
"Denna långvariga debatt om huruvida Golfströmmen fungerar som en mixer eller en barriär för havsblandning har främst beaktat stora havsvirvlar, tio kilometer till hundra kilometer tvärsöver, sade Jacob Wenegrat, en biträdande professor vid UMD:s institution för atmosfärisk och oceanisk vetenskap och huvudförfattaren till studien. "Det vi lägger till i den här debatten är detta nya bevis på att variationer på kilometerskalan tycks blandas mycket. Och dessa skalor är verkligen svåra att övervaka och modellera."
När Golfströmmen går uppför USA:s och Kanadas östkust, den för varmt saltvatten från tropikerna in i norra Atlanten. Men strömmen skapar också en osynlig vattenvägg som delar två olika havsregioner:den kallare, färskare vatten längs den norra kanten av golfströmmen som virvlar moturs, och ju varmare, saltare vatten på den södra kanten av strömmen som cirkulerar medurs.
En forskargrupp placerade ut en flottör från R/V Knorr innan de släppte ett fluorescerande färgämne i vattnet. Forskare spårade sedan driften av både färgämne och flyta genom golfströmmen och avslöjade betydande blandning av vatten över den snabba strömmen. Kredit:Craig M. Lee, UW APL
Hur mycket havsblandning sker över Golfströmmen har varit en fråga om vetenskaplig debatt. Som ett resultat, havsmodeller som förutsäger klimatet, väder och biologisk produktivitet har inte fullt ut förklarat bidraget från blandning mellan de två mycket olika typerna av vatten på vardera sidan av strömmen.
För att genomföra studien, forskarna var tvungna att ta sina instrument till källan:kanten av Golfströmmen. Två team av forskare ombord på två forskningsfartyg av global klass trotsade vinterstormar på Atlanten för att släppa ut ett fluorescerande färgämne längs den norra fronten av Golfströmmen och spåra dess väg under de följande dagarna.
Det första laget släppte färgämnet tillsammans med en flottör som innehöll en akustisk beacon. Nedströms, det andra laget spårade flottören och övervakade koncentrationen av färgämne tillsammans med vattentemperaturen, salthalt, kemi och andra funktioner.
Tillbaka på stranden, Wenegrat och hans medförfattare utvecklade högupplösta simuleringar av de fysiska processer som kan få färgämnet att spridas genom vattnet på det sätt som fältteamen registrerade. Deras resultat visade att turbulens över områden så små som en kilometer utövade ett viktigt inflytande på färgämnets väg och resulterade i betydande blandning av vattenegenskaper som salthalt och temperatur.
Fluorescerande färgämne ger ett unikt sätt att spåra utvecklingen och blandningen av vatten över Golfströmmen. I en nyligen genomförd studie släpptes fluoresceinfärgämne (som bilden här) ut längs den norra väggen av Golfströmmen, och spåras med fartyg när det blandas horisontellt över strömmen. Kredit:Lance Wills, WHOI
"Dessa resultat betonar variationens roll i mycket små skalor som för närvarande är svåra att observera med hjälp av standardmetoder, såsom satellitobservationer, ", sa Wenegrat. "Variabilitet i den här skalan är för närvarande inte löst i globala klimatmodeller och kommer inte att vara det på flera decennier framöver, så det får oss att undra, vad har vi saknat?"
Genom att visa att småskalig blandning över Golfströmmen kan ha en betydande inverkan, den nya studien avslöjar en viktig, underkänd bidragsgivare till havscirkulationen, biologi och potentiellt klimat.
Till exempel, Golfströmmen spelar en viktig roll i det som kallas havets biologiska pump - ett system som fångar upp överskott av koldioxid, buffra planeten från den globala uppvärmningen. I golfströmsregionens ytvatten, havsblandning påverkar tillväxten av växtplankton - basen i havets matväv. Dessa växtplankton absorberar koldioxid nära ytan och sjunker senare till botten, tar med sig kol och fångar det i djuphavet. Nuvarande modeller av havets biologiska pump står inte för den stora effekt som småskalig blandning över Golfströmmen kan ha på växtplanktontillväxt.
"För att göra framsteg på detta måste vi hitta sätt att kvantifiera dessa processer i en finare skala med hjälp av teori, toppmoderna numeriska modeller och nya observationstekniker, "Wenegrat sa." Vi måste kunna förstå deras inverkan på storskalig cirkulation och biogeokemi i havet. "
Forskningsdokumentet, "Förbättrad blandning över gyregränsen vid Golfströmmens front, "Jacob O. Wenegrat, Leif N. Thomas, Miles A. Sundermeyer, John R. Taylor, Eric A. D'Asaro, Jody M. Klymak, R. Kipp Shearman, och Craig M. Lee, publicerades den 6 juli, 2020 -nummer av Förfaranden från National Academy of Sciences .
