Enorme gaten in het Antarctische winterijspakket zijn sinds de jaren zeventig sporadisch opgedoken, maar de reden voor hun vorming is grotendeels mysterieus geweest.
Wetenschappers hebben met behulp van drijvende robots en met technologie uitgeruste zeehonden nu misschien het antwoord: de zogenaamde polynya's (Russisch voor 'open water') lijken het resultaat te zijn van stormen en zout, zo blijkt uit nieuw onderzoek.
Polynya's hebben de laatste tijd veel aandacht gekregen omdat er in 2016 en 2017 twee zeer grote zijn geopend in de Weddellzee; in het laatste geval strekte het open water zich uit over 115.097 vierkante mijl (298.100 vierkante kilometer), volgens een artikel dat in april werd gepubliceerd in het tijdschrift Geophysical Research Letters.
Nu, de meest uitgebreide kijk ooit op de oceaanomstandigheden tijdens polynya-vorming onthult dat deze stukken open water groeien als gevolg van klimaatschommelingen op korte termijn en met name vervelende weersomstandigheden. De polynya's geven ook veel diepzeewarmte af aan de atmosfeer, met gevolgen die wetenschappers nog aan het uitwerken zijn.
"Het kan weerspatronen rond Antarctica veranderen", vertelde studieleider Ethan Campbell, een doctoraatsstudent oceanografie aan de Universiteit van Washington, aan WordsSideKick.com. 'Mogelijk nog verder.'
Observeren van de open oceaan
Onderzoekers vermoedden al dat stormen de afgelopen jaren een rol speelden bij het ontstaan van polynya's. Een paper gepubliceerd in april door atmosferische wetenschappers in de Journal of Geophysical Research: Atmospheres wees op een bijzonder gewelddadige storm met windsnelheden tot 72 mijl per uur (117 kilometer per uur) in 2017.
Maar hoewel de winterstormen van 2016 en 2017 extreem waren, zijn stormachtige zeeën de norm in de Antarctische winter, zei Campbell.
'Als het maar stormen waren, zouden we de hele tijd polynya's zien, maar dat doen we niet', zei hij. In plaats daarvan zijn grote polynya's relatief zeldzaam. In 1974, 1975 en 1976 waren er drie grote, maar tot 2016 niets belangrijks.
Campbell en zijn team haalden gegevens uit twee robotachtige drijvers van menselijke grootte die in de Weddellzee werden ingezet door het door de National Science Foundation gefinancierde project voor koolstof- en klimaatobservaties en -modellering in de Zuidelijke Oceaan (SOCCOM). De drijvers drijven in de stromingen ongeveer een mijl onder het oceaanoppervlak, zei Campbell en verzamelden gegevens over de watertemperatuur, het zoutgehalte en het koolstofgehalte.
Voor vergelijkingsdoeleinden gebruikten de onderzoekers ook het hele jaar door waarnemingen van Antarctische onderzoeksschepen en zelfs wetenschappelijke zeehonden - wilde vinpotigen uitgerust met kleine instrumenten om oceaangegevens te verzamelen terwijl de dieren hun gebruikelijke reizen uitvoeren.
Stormachtige zeeën
Samengevat verklaarden deze waarnemingen het volledige verhaal van de polynya's uit 2016 en 2017. Het eerste ingrediënt, zei Campbell, maakte deel uit van een klimaatpatroon genaamd de Southern Annular Mode, de polaire versie van El Niño. Cambell zei dat een regelmatige klimaatvariatie die winden verder van de Antarctische kust kan afvoeren, in welk geval ze zwakker worden, of dichter bij de kust, sterker wordt. Wanneer de variabiliteit de wind steeds dichterbij brengt, ontstaat er meer opwelling van warm, zout water van diep in de Weddellzee naar het koudere, frissere oceaanoppervlak.
Dit klimaatpatroon en de daaropvolgende opwelling maakten het oceaanoppervlak ongebruikelijk zout in 2016, zei Campbell, wat het op zijn beurt gemakkelijker maakte voor het oceaanwater om verticaal te mengen. Meestal houden verschillen in zoutgehalte de oceaanlagen gescheiden, net zoals minder dichte olie op het water drijft en weigert te mengen. Maar omdat het oceaanoppervlak ongebruikelijk zout was, was er minder verschil tussen het oppervlak en diepere wateren.
'De oceaan was aan de oppervlakte buitengewoon zout, en dat maakte de barrière voor het mengen een stuk zwakker', zei Campbell.
Nu had de oceaan alleen maar een beetje opschudding nodig. En de winters van 2016 en 2017 zorgden voor de lepel. Grote stormen veroorzaakten wind en golven die het water verticaal mengden, waardoor warm water uit de oceaanbodem naar boven kwam dat het zee-ijs deed smelten.
De effecten van de gevormde polynya's zijn nog steeds enigszins mysterieus. De onderzoekers ontdekten dat het binnenste van de oceaan eronder gekoeld werd met 0,36 graden Fahrenheit (0,2 graden Celsius). Die vrijkomende warmte kan de lokale weerpatronen veranderen en zelfs de wind wereldwijd veranderen, zei Campbell.
Meer zorgwekkend, zei hij, is dat het diepe oceaanwater dat tijdens een polynya aan de atmosfeer wordt blootgesteld, potentieel koolstofrijk is. Diepe Antarctische wateren zijn de begraafplaatsen voor het leven in zee, die koolstof afgeven als ze vergaan. Als die koolstof via polynya's de atmosfeer binnenkomt, kunnen deze open wateropeningen een kleine bijdrage leveren aan de klimaatverandering, zei Campbell.
Of polynya's dit doen, hangt nog steeds in de lucht, zei Campbell, maar de nieuwe studie zou wetenschappers moeten helpen om meer details over het veranderende klimaat van Antarctica vast te stellen. De huidige modellen van Antarctica lijken meer polynya's te voorspellen dan ze eigenlijk zijn, zei Campbell. Nu zullen klimaatmodellen meer gegevens hebben om die voorspellingen te verbeteren, waardoor een beter virtueel Antarctica ontstaat om de klimaatverandering te begrijpen.
Het onderzoek verscheen op 10 juni in het tijdschrift Nature.
