De senaste fynden, med viktiga implikationer för havets biogeokemi och klimatvetenskap, har publicerats av Naturkommunikation i en artikel av docent Mark Holzer från UNSW Science's School of Mathematics &Statistics, med medförfattarna Tim DeVries (UCSB) och Casimir de Lavergne (LOCEAN).

"Det djupa norra Stilla havet är en stor reservoar av remineraliserade näringsämnen och inandat kol som har ackumulerats under århundraden, " säger Holzer. "När dessa djupa vatten kommer tillbaka till ytan, deras näringsämnen stödjer biologisk produktion och deras lösta CO ₂ kan släppas ut i atmosfären. Som sådan, det djupa Stilla havet spelar en nyckelroll i jordens klimatsystem."

Men vilka är vägarna för havscirkulationen som förser nyventilerat ytvatten till det djupa Stilla havet? Och hur och var kommer detta gamla vatten så småningom tillbaka till ytan? Hittills, det fanns två konkurrerande teorier om vilken roll den vältande cirkulationen spelar i detta.

En teori – ”standardtransportören” – föreställer sig en bred vältning med antarktisk bottenvatten uppströmning till cirka 1,5 km djup innan den rinner tillbaka söderut till södra oceanen. Den andra teorin – den "skuggade transportören" – hävdar att vältningen komprimeras till att ligga under cirka 2,5 km med en i stort sett stillastående "skuggzon" ovanför den.

"Vårt arbete förenar dessa två teorier:den skuggade transportören fångar korrekt vertikalt komprimerad vältning under en skuggzon, medan standardvyn måste tolkas brett i termer av vattenvägar som diffunderar genom skuggzonen. Eftersom skuggzonen till stor del är avskärmad från den vältande cirkulationen blir frågan hur exakt vatten kommer in i och ut ur den, " säger Holzer.

Genom att använda nya matematiska analyser tillämpade på en toppmodern havscirkulationsmodell som optimalt anpassar cirkulationen till observerade spårfördelningar och ytkrafter, författarna kunde i detalj kvantifiera de vägar och tidsskalor med vilka skuggzonen utbyter vatten med ythavet.

"Våra analyser gjorde det möjligt för oss att ta fram ett nytt schema över den storskaliga djupcirkulationen i Stilla havet. Vi finner att diffusiv transport både längs och över densitetsytor spelar en ledande roll för att ventilera skuggzonen."

I motsats till den utbredda uppfattningen att Stilla havets djupa vatten uteslutande följer täthetsytor till uppströms i södra oceanen, författarna fann att bara ungefär hälften av vattnet i skuggzonen följer denna väg, medan den andra hälften återvänder till ytan på låga breddgrader och i det subarktiska Stilla havet, bidrar till att förklara den höga biologiska produktionen där.

Forskarna säger att denna nya förståelse av den djupa Stillahavscirkulationen och transportvägarna kommer att hjälpa till att tolka observerade spårfördelningar och biogeokemiska processer.

"En spännande riktning för framtida forskning är att förstå hur skuggzonen, redan låg i syre och känslig för ökat syrebehov, formar svaret från havets biologiska pump på klimatförändringar, säger Holzer.