Södra oceanen som omger Antarktis är en region där många av världens kolrika djupa vatten kan stiga upp till ytan igen. Forskare har trott att de enorma strängarna av havsis runt Antarktis kan fungera som ett lock för uppströmmande kol, förhindrar gasen från att bryta igenom havets yta och återvända till atmosfären.

Dock, Forskare vid MIT har nu identifierat en motverkande effekt som tyder på att Antarktis havsis kanske inte är en så kraftfull kontroll på den globala kolcykeln som forskare hade misstänkt.

I en studie publicerad i augusti numret av tidskriften Globala biogeokemiska cykler , teamet har upptäckt att Havsisen i södra oceanen kan fungera som en fysisk barriär för uppströmmande kol. Men det kan också fungera som en nyans, blockerar solljus från att nå havets yta. Solljus är viktigt för fytosyntesen, den process genom vilken växtplankton och andra havsmikrober tar upp kol från atmosfären för att växa.

Forskarna fann att när havsis blockerar solljus, biologisk aktivitet – och mängden kol som mikrober kan binda upp från atmosfären – minskar avsevärt. Och överraskande nog, denna skuggningseffekt är nästan lika och motsatt den för havsisens täckande effekt. Tagen tillsammans, båda effekterna tar i huvudsak ut varandra.

"När det gäller framtida klimatförändringar, den förväntade förlusten av havsis runt Antarktis kanske därför inte ökar kolkoncentrationen i atmosfären, " säger huvudförfattaren Mukund Gupta, som utförde forskningen som doktorand vid MIT:s Department of Earth, Atmosfärs- och planetvetenskap (EAPS).

Han betonar att havsisen har andra effekter på det globala klimatet, främst genom sitt albedo, eller förmåga att reflektera solstrålning.

"När jorden värms upp, den förlorar havsis och absorberar mer av denna solstrålning, så i den meningen, förlusten av havsis kan påskynda klimatförändringarna, " säger Gupta. "Vad vi kan säga här är, havsisförändringar kanske inte har en så stark effekt på kolutgasningen runt Antarktis genom denna täck- och skuggeffekt."

Guptas medförfattare är EAPS Professor Michael "Mick" Follows, och EAPS-forskaren Jonathan Lauderdale.

Isens roll

Varje vinter, breda strängar av södra oceanen fryser över, bildar stora ark av havsis som sträcker sig ut från Antarktis för miljontals kvadratkilometer. Antarktis havsis roll för att reglera klimatet och kolcykeln har diskuterats mycket, även om den rådande teorin har varit att havsis kan fungera som ett lock för att hindra kol i havet från att fly till atmosfären.

"Denna teori är mest tänkt i samband med istider, när jorden var mycket kallare och det atmosfäriska kolet var lägre, " säger Gupta. "En av teorierna som förklarar denna låga kolkoncentration hävdar att eftersom det var kallare, ett tjockt havsistäcke sträckte sig längre in i havet, blockerar kolutbytet med atmosfären och effektivt fångar det i djuphavet."

Gupta och hans kollegor undrade om en annan effekt än taket också kan vara på gång. I allmänhet, forskarna har försökt förstå hur olika egenskaper och processer i havet interagerar med havsbiologi som växtplankton. De antog att det kan vara mindre biologisk aktivitet som ett resultat av att havsis blockerar mikrobers vitala solljus - men hur stark skulle denna skuggeffekt vara?

Lika och motsatt

För att svara på den frågan, forskarna använde MITgcm, en global cirkulationsmodell som simulerar de många fysiska, kemisk, och biologiska processer involverade i cirkulationen av atmosfären och havet. Med MITgcm, de simulerade en vertikal del av havet som spänner över 3, 000 kilometer bred och cirka 4, 000 meter djupt, och med förhållanden som liknar dagens södra oceanen. De körde sedan modellen flera gånger, varje gång med en annan koncentration av havsis.

"Vid 100 procent koncentration, det finns inga läckor i isen, och det är verkligen sammanpressat, kontra mycket låga koncentrationer som representerar lösa och glesa isflak som rör sig, Gupta förklarar.

De ställer in varje simulering till ett av tre scenarier:ett där endast takeffekten är aktiv, och havsisen påverkar bara kolets kretslopp genom att förhindra kol från att läcka tillbaka ut till atmosfären; en annan där endast skuggningseffekten är aktiv, och havsis blockerar bara solljus från att tränga igenom havet; och den sista där både täck- och skuggeffekter är i spel.

För varje simulering, forskarna observerade hur villkoren de satte påverkade det totala kolflödet, eller mängden kol som flydde från havet till atmosfären.

De fann att täckning och skuggning hade motsatta effekter på kolets kretslopp, minska mängden kol till atmosfären i det förra fallet och öka den i det senare, med lika stora belopp. I de scenarier där båda effekterna beaktades, den ena avbröt den andra nästan helt, över ett brett spektrum av havsiskoncentrationer, leder inte till någon betydande förändring av kolflödet. Först när havsisen var i sin högsta koncentration hade täckningen kanten, med en minskning av kol som läcker ut till atmosfären.

Resultaten tyder på att Antarktis havsis effektivt kan fånga kol i havet, men bara när istäcket är väldigt vidsträckt och tjockt. Annat, det verkar som om havsisens skuggeffekt på de underliggande organismerna kan motverka dess täckande effekt.

"Om man bara tänkte på fysiken och den rena kapningen, eller idé om kolbarriär, det skulle vara ett ofullständigt sätt att tänka på det, Gupta säger. "Detta visar att vi behöver förstå mer av biologin under havsisen och hur den ligger till grund för denna effekt."