Ett team ledd av fysiska oceanografer vid Scripps Institution of Oceanography vid University of California San Diego, och inklusive forskare från Bangor University, visar i en ny studie hur plymer av varmt vatten rinner in i Ishavet från Stilla havet och påskyndar havsisen smälter underifrån.

Forskningen som i första hand finansieras av Office of Naval Research beskriver så kallade undervattens-"värmebomber" som en av många mekanismer genom vilka globala uppvärmningsdrivna intrång förändrar Ishavets natur snabbare än nästan någon annan plats på jorden. Det bidrar till en växande mängd bevis som tyder på att arktisk havsis, en källa till global klimatstabilitet, kan försvinna under större delar av året.

"Hastigheten på att accelerera havssmälten i Arktis har varit svår att förutse exakt, delvis på grund av alla de komplexa lokala återkopplingarna mellan is, hav och atmosfär; detta arbete visar den stora roll i uppvärmningen som havsvatten spelar som en del av dessa återkopplingar, sa Jennifer MacKinnon, en fysisk oceanograf på Scripps, expeditionens huvudvetare, och huvudförfattare till tidningen.

Studien visas i tidskriften Naturkommunikation .

Arktis är ett ovanligt hav

Dr Yueng-Djern Lenn, läsare i fysisk oceanografi vid Bangor University's School of Ocean Sciences, sa, "Det var ett privilegium för oss att samarbeta med våra amerikanska kollegor för att samla in de biogeokemiska mätningarna som gjordes under detta fältförsök. Dessa näringsämnen och isotopdata som samlats in av oss var användbara för att spåra plommans ursprung, och gjorde det också möjligt för oss att utforska inverkan av plymdynamiken på djup näringstillförsel till växtplanktonet som utförs från hyllhaven in i det centrala Beauforthavsbassängen."

Arktis är ett ovanligt hav genom att det är skiktat - eller skiktat - av salthalt istället för temperatur. De flesta hav i världen har varmare, lättare vatten nära ytan och kallare, tätare vatten nedanför. I Arktis, dock, det finns ett ytskikt som är kallt men väldigt fräscht, påverkas av flodutflöde och accelererande issmältning. Värma, relativt salt vatten kommer in från Stilla havet genom Berings sund och sedan Barrow Canyon utanför Alaskas norra kust, som fungerar som ett munstycke när vattnet rinner genom den smala passagen.

Eftersom detta vatten är saltare än det arktiska ytvattnet, den är tillräckligt tät för att "subducera, " eller dyk under, det färska arktiska ytskiktet. Dess rörelse skapar fickor av mycket varmt vatten som lurar under ytvatten. Forskare har sett dessa fickor av varmt vatten under ytan stärkas under det senaste decenniet.

Dessa fickor som kallas "värmebomber" är precis tillräckligt stabila för att kunna hålla i månader eller år, virvlande långt norrut under huvudisen nära nordpolen, och destabilisera den isen när värmen i dem gradvis men stadigt diffunderar uppåt för att smälta isen. Tills nu, fastän, processen genom vilken det varma vattnet subducerar har varken observerats eller förståtts. Utan den förståelsen, klimatforskare har inte kunnat inkludera denna viktiga effekt i prognosmodeller, varav några förutspår accelererande hastigheter för smältning av havsisen. Med tanke på att inflödet av varmt vatten från Stilla havet har ökat under det senaste decenniet eller så, detta arbete lägger till en växande mängd bevis för att arktisk havsis, en källa till global klimatstabilitet, kan försvinna under stora delar av året.

Arbetet belyser vikten av samarbete mellan flera institutioner

I en expedition 2018 finansierad av US Office of Naval Research, forskare fångade för första gången en av dessa dramatiska subduktionshändelser på bar gärning. Gruppen använde en kombination av nya oceanografiska instrument utvecklade av Multiscale Ocean Dynamics-gruppen på Scripps, satellitobservationer analyserade av kollegor vid University of Miami, profilering av flytdata från National Oceanic and Atmospheric Administration, biologiska prover insamlade av brittiska och tyska kollegor som arbetar i ett projekt känt som Changing Arctic Ocean, och detaljerad dataanalys av kollegor vid flera andra institutioner.

"Gruppens framgång lyfter fram de nya perspektiv vi kan se på den naturliga världen när vi ser på den på nya sätt, " sa Scripps oceanograf Matthew Alford.

"Denna detaljerade bild av de komplicerade processer som styr arktisk värmetransport hade inte varit möjlig utan flera samtidiga instrumentpaket, inklusive fjärranalys och anpassade ombord och autonoma profiler utvecklade på Scripps, " han sa.

Instrument från Scripps Multiscale Ocean Dynamics-gruppen inkluderar en specialbyggd "Fast CTD"-sensor som gör mycket snabba profiler från fartyget, och en autonom "Wirewalker" som använder kraft från havsvågor för att driva profilmätningar. Dessa instrument gör det möjligt för forskare att få högupplösta bilder av komplexa havsprocesser, och därmed bättre förstå hur de fungerar i detalj.

Detta arbete belyser också vikten av samarbete mellan flera institutioner, mellan flera amerikanska finansieringsorgan, och med internationella partner; djupet av insikt som uppnås här härrör från mångfalden av verktyg och perspektiv som dessa samarbeten ger.

Samarbete med forskare i Storbritannien och Tyskland visar att detta varma vatten under ytan också bär unika biogeokemiska egenskaper in i Arktis. Denna blandning av organismer och kemikalier förväntas få viktiga konsekvenser för det föränderliga arktiska ekosystemet.