Более 100 океанических поплавков сейчас ныряют и дрейфуют в Южном океане вокруг Антарктиды в разгар зимы. Эти инструменты собирают данные о месте и времени года, которые остаются очень плохо изученными, несмотря на их важную роль в регулировании глобального климата.
Новое исследование Вашингтонского университета, Научно-исследовательского института аквариума Монтерей-Бей, Принстонского университета и ряда других океанографических институтов использует данные, собранные плавучими дронами за прошлые зимы, чтобы узнать, сколько углекислого газа переносится окружающими морями.. Результаты показывают, что зимой открытая вода, ближайшая к морскому льду вокруг Антарктиды, выделяет значительно больше углекислого газа, чем считалось ранее.
«Эти результаты стали действительно большим сюрпризом, потому что предыдущие исследования показали, что Южный океан поглощает много углекислого газа», - сказала ведущий автор Элисон Грей, доцент кафедры океанографии Университета Вашингтона. «Если это не так, как показывают эти данные, значит, нам нужно переосмыслить роль Южного океана в углеродном цикле и в климате».
Статья опубликована 14 августа в Geophysical Research Letters, журнале Американского геофизического союза.
Данные были собраны в рамках проекта Южного океана по наблюдениям и моделированию углерода и климата (SOCCOM) в Принстонском университете. Национальный научный фонд через Управление полярных программ выделил 21 миллион долларов на размещение десятков плавучих роботов для наблюдения за водой вокруг Антарктиды и изучения того, как она функционирует в глобальной климатической системе.
«Это самая захватывающая наука - серьезный вызов нашему нынешнему пониманию, ставший возможным благодаря экстраординарным наблюдениям за применением новых технологий для изучения ранее неисследованных областей океана», - сказал соавтор и директор SOCCOM Хорхе. Сармиенто в Принстонском университете. Грей провел исследование в качестве исследователя с докторской степенью в исследовательской группе Сармьенто.
"Наши наблюдения имеют важное значение для нашего понимания глобального углеродного цикла", сказал Сармьенто. «Мы обнаружили, что Южный океан в настоящее время почти нейтрален в отношении удаления углерода из атмосферы, в отличие от предыдущих исследований, которые предполагают большое поглощение углерода Южным океаном. Эти результаты можно согласовать, если существует соответствующее ненаблюдаемое поглощение углерода ждет, когда его обнаружат где-то еще в океане».
Предыдущие зимние измерения в этом регионе проводились главным образом с судов, проходящих через пролив Дрейка для снабжения антарктических исследовательских станций. Этих данных было очень мало.
«После четырех лет существования SOCCOM подавляющее большинство информации о химическом составе Южного океана поступает с этих поплавков», - сказал Грей. «У нас больше измерений за последние несколько лет, чем за все предшествующие десятилетия».
Есть причины, по которым существует мало предыдущих зимних измерений. Штормы в Антарктиде - одни из самых сильных на планете. Зимой циркумполярное течение и ветры не препятствуют обтеканию континента. По словам Грея, в среднем шторм длится четыре дня. Среднее время между штормами составляет семь дней.
"Зимой очень ненастно, дуют очень сильные ветры и темно", - сказал Грей. «Было бы довольно несчастным местом оказаться на корабле».
Проект SOCCOM был запущен, потому что этот регион также играет уникальную роль в климате. Это одно из немногих мест, где вода, которая провела столетия в глубинах океана, поднимается на поверхность, чтобы воссоединиться с поверхностными течениями и соединиться с атмосферой.
Атомы углерода перемещаются между камнями, реками, растениями, океанами и другими источниками в планетарном жизненном цикле. Изучение скорости этих различных переносов помогает предсказать долгосрочные уровни двуокиси углерода, молекулы, высвобождаемой при сжигании ископаемого топлива, которая, когда она накапливается в атмосфере, задерживает тепло.
Новые наблюдения были собраны с помощью плавучих инструментов, которые дрейфуют по течению и могут контролировать свою плавучесть для сбора наблюдений на разных глубинах. Приборы погружаются на глубину до 1 километра и плывут по течению девять дней. Далее они опускаются еще дальше, до 2 километров, а затем снова поднимаются на поверхность, измеряя свойства воды. После всплытия они передают свои наблюдения обратно на берег через спутник.
В отличие от более распространенных поплавков Argo, которые измеряют только температуру и соленость океана, поплавки SOCCOM также контролируют растворенный кислород, азот и pH. В новой статье измерения pH используются для расчета количества растворенного углекислого газа, а затем используются для определения того, насколько сильно вода поглощает или выделяет углекислый газ в атмосферу.
Глядя на круги, удаляющиеся от Южного полюса, авторы обнаруживают, что зимой открытая вода рядом с покрытыми морским льдом водами вокруг Антарктиды выбрасывает в атмосферу значительно больше углекислого газа, чем ожидалось.
«Неудивительно, что вода в этом регионе выделяется газом, потому что глубокие воды исключительно богаты углеродом», - сказал Грей. «Но мы недооценили величину выделения газа, потому что у нас было так мало данных за зимние месяцы. Это означает, что Южный океан не поглощает столько углерода, сколько мы думали».
В опубликованном исследовании анализируются данные, собранные 35 поплавками в период с 2014 по 2017 год. В настоящее время Грей анализирует новые данные с большего количества инструментов, чтобы определить сезонные или многолетние тенденции, где закономерности могут меняться от года к году.
«В Южном океане определенно наблюдается сильная изменчивость в десятилетних масштабах», - сказал Грей.«И модели действительно повсюду в этом регионе. Плавающие платформы SOCCOM теперь предоставляют данные в то время и в тех местах, где раньше у нас практически ничего не было, и это неоценимо для ограничения моделей и понимания этих тенденций».
Получение такого рода данных чрезвычайно сложно сделать в Южном океане, который является одним из самых турбулентных водоемов в мире, но в то же время жизненно важен для построения всеобъемлющей глобальной картины взаимодействия углекислого газа в атмосфере. с полярными океанами.
"Антарктические воды до сих пор были SOCCOM, использующими технологии, ранее недоступные исследователям, и уже доказали свою ценность, собирая информацию, которая в противном случае осталась бы в значительной степени недоступной."