Havsströmmar förkroppsligar rörelse, slingrande sig från tropikerna till polerna och tillbaka, flytta stora mängder vatten från ögonblick till ögonblick. Men de är också otroligt gamla, följt sin grundkurs i miljontals år.

Att spåra en historia skriven i vatten är verk av paleoceanografer som Adriane Lam, Presidential Diversity Postdoctoral Fellow vid Binghamton Universitys institution för geologiska vetenskaper och miljöstudier. Lam är huvudförfattare till "Pliocene till tidigaste pleistocen (5–2,5 Ma) Rekonstruktion av Kuroshio Current Extension avslöjar en dynamisk ström, "har nyligen publicerats i tidningen Paleoceanografi och paleoklimatologi . Medförfattare inkluderar biträdande professor i geologiska vetenskaper och miljöstudier Molly Patterson, samt Kenneth MacLeod från University of Missouri, Solveig Schilling från University of Texas i Austin, R. Mark Leckie från University of Massachusetts Amherst, Andrew Fraass från Englands University of Bristol, och Nicholas Venti från University of Delaware.

Den stora västra gränsströmmen i norra Stilla havet, Kuroshio-strömmen och förlängningen, är analog med Golfströmmen, som flyter längs Nordamerikas östkust. Drivs av vinden, gränsströmmar är havets arbetshästar, rörlig värme, salt och gaser från ekvatorialhavet till de mellersta breddgraderna, Lam förklarade.

"Med andra ord, dessa strömmar hjälper till att fördela värme från tropikerna till högre breddgrader. Faktiskt, koraller förekommer på sin högsta latitud någonstans i världen inom Kuroshio-strömmen eftersom vattnet är så varmt, " Hon sa.

Den värmen härrör från ytvattnet som samlas i västra Stilla havet längs ekvatorn, kallas Western Pacific Warm Pool. Kuroshioströmmen tar dessa vatten norrut, förbi den japanska kusten, och sedan österut på latitud 36°N, där den ansluter sig till det öppna Stilla havet. Vid denna tidpunkt, det blir Kuroshio Current Extension.

Strömmen och förlängningen släpper ut enorma mängder värme och fukt som avdunstar från det varma vattnet till den lägre atmosfären på norra halvklotet. På grund av detta, de hjälper till att forma nederbördsmönster över Japan och Nordamerikas västkust, liksom tyfonernas vägar, som livnär sig på varmt vatten. Förutom att påverka vädret, Kuroshio påverkar sannolikt också klimatet, även om dess inverkan på tusen- och miljonåriga tidsskalor fortfarande är oklar.

Kuroshio spelar också en stor roll i ekosystemen och fiskeindustrin. I nordvästra Stilla havet, den möter Oyashio-strömmen, som för det svala vattnet i polarområdet söderut. Där de två strömmarna möts, en stark temperaturgradient bildas på grund av blandningen av varmt och kallt vatten. Det skapar också en region av uppväxt, där näringsrika vatten från djuphavet förs upp till ytan när strömmarna flyter österut.

Det är inte bara vattnet som blandas:de varm- och kallvattenorganismer som lever i respektive strömmar flyter också ihop i ett övergångsområde mellan ekosystem, känd som en ekoton. Dess invånare inkluderar flera fiskarter och plankton, som i slutändan driver Japans produktiva fiskeindustri och utgör en stor del av landets ekonomi.

På grund av deras inverkan på den biologiska mångfalden, väder och klimat, förstå hur gränsströmmar som Kuroshio kommer att reagera på klimatförändringar och ökande koldioxid ₂ nivåerna i atmosfären är kritiska. I dag, dessa strömmar värms två till tre gånger snabbare än andra delar av havet, sa Lam.

Havsmodellstudier och observationsdata visar också att Kuroshio Current Extension förskjuts norrut och ökar sin transportkapacitet, men forskare vet ännu inte hur dessa förändringar kommer att påverka organismerna som lever där, eller lokala och regionala väder- och klimatmönster.

Den nyligen publicerade forskningen är den första i sitt slag att rekonstruera Kuroshio som den var för 2,5 till 5 miljoner år sedan, en tid som sträckte sig över både perioder av global uppvärmning och avkylning, samt stängning av en större sjöväg i det som nu är Centralamerika. Att titta på strömmens avlägsna förflutna kan besvara några av frågorna om dess framtid.

Tidigare och framtida hav

Under pliocen, som sträcker sig för 2,5 till 5,3 miljoner år sedan, atmosfärisk CO ₂ nivåerna var nära de vi står inför idag:cirka 350 till 450 delar per miljon. Dagens atmosfär har cirka 415 ppm CO ₂ .

"Det roliga med den här tidsperioden är att kontinenterna var arrangerade på samma sätt som idag, vilket gör pliocen till en bra tidsperiod att använda som en analog för hur jordsystemet kommer att reagera på ökad koldioxid ₂ koncentrationer och uppvärmning, " sa Lam.

Det fanns vissa skillnader när det gäller landmassor, hon noterade:Fram till för cirka 2,5 miljoner år sedan, det fanns en vattenväg mellan Nord- och Sydamerika som gjorde att ytvatten från Stilla havet och Atlanten kunde blandas. När Central American Seaway stängde, det kan ha fört Kuroshio Current Extension till sin nuvarande konfiguration.

The Pliocene included a period from 3 to 3.3 million years ago known as the mid-Piacenzian Warm Period (mPWP), which saw increased carbon dioxide levels and global warming. Once that period ended, cooling resumed, accompanied by the growth of glaciers and sea ice in the Northern Hemisphere's high latitudes.

I den nyligen publicerade studien, the researchers reconstructed the Kuroshio throughout the mPWP, using chemical signatures from the fossilized shells of marine plankton that once lived in the Kuroshio region's surface waters.

"Our data indicate that during the first phase of mPWP warming in the Pliocene, the current warmed up and potentially shifted its latitudinal position northward. It then cooled back down and perhaps shifted its position back south during a brief period of global cooling, " Hon sa.

Reconstructing the current

Scientists use different techniques to reconstruct the history of an ocean current, depending on the time scale in question. For shorter timescales, they rely on observational data to see how a current's path changes seasonally, from year to year or decade to decade. But when it comes to climate change, that dataset can fall short.

"This is why it is useful and necessary to reconstruct the behavior of western boundary currents through deep time, using the sedimentary record from millions of years ago, " Lam explained. "Through the lens of the sedimentary record, the shorter-term variations in the current are 'smoothed' or averaged out, so we are essentially only able to recover signals that indicate the longer-term, larger changes of the currents."

I studien, the researchers used the chemical signals obtained from fossil plankton that lived in the surface ocean, as well as three deep-sea sediment cores from Shatsky Rise, a location on the northwest Pacific seafloor. Planktic foraminifera have lived in the open oceans for the last 170 million years; their durable shells, called "tests, " are made of calcium carbonate and accumulate on the ocean floor when they die.

I en tidigare studie, Lam calculated the diversity of fossil plankton at each site used in the later chemical study. She found that diversity was highest at the northernmost site of Shatsky Rise, from 12 million years ago until today. This finding indicates the ecotone created by the current has been around for a very long time—and likely the Kuroshio has, för.

Researchers don't know how warm the current became during the mPWP, or how much the chemical signal is affected by salinity as well as temperature changes. To get a better picture, Lam and colleagues from other SUNY schools are currently working on a grant that would use different chemical methods to answer these questions.

"The ocean is hugely affected by climate change, and we must think about ways in which we can protect it and marine organisms. This is especially true for the Kuroshio Current Extension, as this region is home to some of the highest biodiversity in our world ocean, " Lam said.