Under de senaste tre decennierna, djupet i Antarktiska Weddellhavet har värmts upp fem gånger snabbare än resten av havet på djup som överstiger 2, 000 meter. Detta var huvudfynden i en artikel som just publicerats av oceanografer från Alfred Wegener Institute, Helmholtz Center for Polar and Marine Research (AWI). I artikeln, de analyserar en aldrig tidigare skådad oceanografisk tidsserie från Weddellhavet och visar att uppvärmningen av polardjupen främst beror på förändrade vindar och strömmar ovanför och i södra oceanen. Dessutom, experterna varnar för att uppvärmningen av Weddellhavet permanent kan försvaga den vältning av enorma vattenmassor som sker där – med långtgående konsekvenser för den globala havscirkulationen. Deras studie släpptes just på onlineportalen Journal of Climate .

Under de senaste decennierna, världens hav har absorberat mer än 90 procent av värmen som fångas i atmosfären genom utsläpp av växthusgaser, effektivt bromsa ökningen av lufttemperaturer runt om i världen. I detta avseende södra oceanen är avgörande. Även om det bara står för 15 procent av världens hav i termer av yta, på grund av den vältning som äger rum där, den absorberar ungefär tre fjärdedelar av värmen.

Tills nyligen, mycket lite var känt om vad som händer med denna värme i södra oceanens djup, på grund av bristen på tillräckligt långa tidsserier. För att spåra utvecklingen ner till havsbotten, forskare förlitade sig på regelbundet upprepade fartygsbaserade mätningar tagna med "CTD"-sonder (konduktivitet, temperatur och djup). Dessa sonder har nu blivit så exakta att de kan mäta förändringar i vattentemperaturen ner till närmaste tiotusendels grad Celsius. Data de samlar in kan också användas för att bestämma vattenmassornas densitet och salthalt.

Under de senaste 30 åren, AWI oceanografer har tagit dessa temperatur- och salthaltsavläsningar under expeditioner till Weddellhavet ombord på den tyska forskningsisbrytaren Polarstern – alltid på samma platser, alltid från ytan till havsbotten, och alltid med extremt hög noggrannhet. Genom att göra så, forskarna har producerat den enda tidsserien i sitt slag på södra Atlanten och Weddellhavet, vilket nu har gjort det möjligt för dem att exakt rekonstruera uppvärmningen av Weddellhavet och identifiera potentiella orsaker.

Bara vattnet under 700 meter blir varmare

Deras resultat är överraskande. "Våra data visar en tydlig uppdelning i vattenpelaren i Weddellhavet. Medan vattnet i de övre 700 metrarna knappt har värmts alls, i de djupare områdena ser vi en konstant temperaturökning på 0,0021 till 0,0024 grader Celsius per år, " säger Dr Volker Strass, en AWI oceanograf och studiens första författare.

Dessa värden kan verka små vid första anblicken. Men, som Strass förklarar, "Eftersom havet har ungefär 1, 000 gånger atmosfärens värmekapacitet, dessa siffror representerar en enorm skala av värmeabsorption. Genom att använda temperaturökningen för att beräkna uppvärmningshastigheten i watt per kvadratmeter, du kan se att under de senaste 30 åren, på djup över 2, 000 meter har Weddellhavet absorberat fem gånger så mycket värme som resten av havet i genomsnitt." Genom bildandet av bottenvatten i Weddellhavet, denna värme distribueras sedan till de djupa bassängerna i världshaven.

Potentiella effekter på global cirkulation

I Weddellhavet, som representerar den södra förlängningen av Atlanten och är ungefär tio gånger så stor som Nordsjön, enorma vattenmassor kyls ner. Under havsisbildningen tar de på sig salt, sjunker till djupare vattenlager som kallt och tungt antarktiskt bottenvatten, och spred sig sedan till de stora havsbassängerna som en djuphavsström. Denna vältning anses vara en viktig motor för den globala havscirkulationen. Uppvärmningen av Weddellhavets djup kan försvaga den motorn, eftersom varmare vatten har lägre densitet. Följaktligen, den är lättare och kan fylla högre skikt av vattenpelaren.

"Våra fältdata visar redan en temperaturrelaterad förlust i densitet i de djupare vattenmassorna i Weddellhavet. Denna förändring är mest uttalad i bottenvattnet, " säger medförfattaren och AWI-oceanografen Gerd Rohardt. Huruvida det antarktiska bottenvattnet kommer att fortsätta att fylla sin funktion som den djupaste delen av den globala havets vältande cirkulation beror främst på hur tätheten av vattenmassorna ovanför det förändras. "I för att övervaka denna utveckling, vi måste fortsätta våra regelbundna fartygsbaserade avläsningar i Weddell Sea, säger forskaren.

Att spåra orsaken:Vindar och strömmar transporterar mer värme längre söderut

Som orsaken till den ökade värmetillförseln i Weddellhavets djup, forskarna har identifierat en förändring i vind- och strömsystemen över och i södra oceanen. "Under de senaste tre decennierna, västra länderna och med dem den antarktiska cirkumpolära strömmen har inte bara förskjutits en till två grader söderut; de har också intensifierats. Som ett resultat, diametern på Weddell Gyre har minskat, och vattenmassornas flödeshastighet har ökat. På grund av dessa två faktorer, mer värme från den cirkumpolära strömmen transporteras till Weddellhavet idag än när vi först började våra mätningar, " förklarar professor Torsten Kanzow, Chef för AWI:s Climate Sciences Division och en annan medförfattare till studien.

När värmen når djupet av Weddellhavet, de stora bottenvattenströmmarna fördelar det till alla havsbassänger. "Vår tidsserie bekräftar den centrala rollen för södra oceanen och särskilt Weddellhavet när det gäller att lagra värme i djupet av världshaven, säger Volker Strass. Om uppvärmningen av Weddellhavet fortsätter okontrollerat, han förklarar, det kommer att få långtgående konsekvenser inte bara för de massiva ishyllorna på Weddellhavets södra kust, som sträcker sig långt ut i havet, och som sådan, för en höjning av havsnivån på lång sikt, men också för havscirkulationens löpande band som helhet.