Gli oceanologi hanno una spiegazione per le sconcertanti perturbazioni dell’Oceano Artico

I vortici sono spesso considerati condizioni meteorologiche oceaniche. Come i cicli su larga scala nell’atmosfera, i vortici ruotano attraverso l’oceano in tornado marini che si muovono lentamente, spazzando via nutrienti e calore e spostandoli in tutto il mondo.

Nella maggior parte degli oceani, i vortici si osservano a ogni profondità e sono più potenti in superficie. Ma dagli anni ’70, i ricercatori hanno notato uno strano schema nell’Artico: in estate, i vortici artici assomigliano a quelli di altri oceani e compaiono in tutto l’Artico. Colonna d’acqua. Tuttavia, con il ritorno del ghiaccio invernale, le acque artiche diventano calme e non ci sono vortici ovunque nei primi 50 metri sotto il ghiaccio. Nel frattempo, gli strati più profondi continuano ad eccitare i vortici non influenzati dal cambiamento improvviso dell’acqua bassa.

Questo cambiamento stagionale nell’attività del vortice artico ha lasciato perplessi gli scienziati per decenni. Ora il team del MIT ha una spiegazione. In un articolo pubblicato oggi su Journal of Physical OceanographyNell’Artico, i ricercatori hanno dimostrato che i componenti chiave che guidano il comportamento dei vortici sono l’attrito del ghiaccio e Oceano Stratificazione.

Modellando la fisica dell’oceano, hanno scoperto che il ghiaccio invernale agisce come un freno di attrito, rallentando Acqua superficiale E impedirgli di accelerare in vortici turbolenti. Questo effetto è semplicemente troppo profondo. Tra i 50 ei 300 metri, i ricercatori hanno scoperto che gli strati più densi e salati dell’oceano fungono da isolante acqua Dagli effetti di attrito, consentendo ai vortici di ruotare durante tutto l’anno.

I risultati evidenziano una nuova relazione tra attività vorticosa, ghiaccio artico e strati oceanici, che ora può essere considerata Modelli climatici Per produrre previsioni più accurate dell’evoluzione dell’Artico con il cambiamento climatico.

“Con il riscaldamento dell’Artico, il meccanismo di dispersione dei vortici, cioè la presenza di ghiaccio, scomparirà perché il ghiaccio non sarà lì in estate e sarà più mobile in inverno”, afferma John Marshall, professore di oceanografia. Al MIT. “Quindi quello che ci aspetteremmo di vedere muovendoci verso il futuro è l’Artico che è molto più instabile, e questo ha implicazioni per le dinamiche su larga scala del sistema artico”.

Tra i coautori di Marshall nel documento ci sono l’autore principale Gianluca Menigillo, uno scienziato ricercatore presso il Dipartimento di Scienze della Terra, dell’Atmosfera e del Pianeta presso il Massachusetts Institute of Technology, insieme a Camille Lake, Pal-Eric Isaacson, Edward Dodridge, Jean-Michel Campin, Hellther Reagan e Claude Talander.

Sotto la superficie

Per il loro studio, i ricercatori hanno raccolto dati sull’attività dell’Oceano Artico resi disponibili dalla Woods Hole Oceanographic Institution. I dati sono stati raccolti tra il 2003 e il 2018, da sensori che misurano la velocità dell’acqua a varie profondità in tutta la colonna d’acqua.

Il team ha calcolato la media dei dati per produrre una serie temporale per produrre un anno modello per le velocità dell’Oceano Artico con la profondità. Da queste osservazioni è emersa una chiara tendenza stagionale: durante i mesi estivi con poca copertura di ghiaccio, hanno sperimentato velocità più elevate e più attività vorticosa in tutte le profondità oceaniche. In inverno, man mano che il ghiaccio cresceva e diventava più spesso, le acque basse si fermavano ei vortici scomparivano, mentre le acque profonde continuavano a mostrare attività ad alta velocità.

“Nella maggior parte dell’oceano, questi vortici si estendono fino alla superficie”, afferma Marshall. “Ma negli inverni artici, troviamo che i vortici vivono sotto la superficie, come i sottomarini che pendono in profondità, e non raggiungono del tutto la superficie.”

Per scoprire la causa di questo strano cambiamento stagionale nell’attività dei vortici, i ricercatori hanno condotto una “Analisi di instabilità baroclina”. Questo modello utilizza una serie di equazioni che descrivono la fisica dell’oceano e determinano come si svilupperanno le instabilità, come i sistemi meteorologici atmosferici e i vortici oceanici, in determinate condizioni.

Scrub ghiacciato

I ricercatori hanno inserito condizioni diverse nel modello e per ogni caso hanno creato piccole perturbazioni, simili alle increspature di un vento di superficie o di una barca di passaggio, a diverse profondità oceaniche. Quindi hanno fatto avanzare il modello per vedere se la turbolenza si sarebbe sviluppata in vortici più grandi e più veloci.

I ricercatori hanno scoperto che quando hanno comunicato sia l’effetto di attrito del ghiaccio marino che l’effetto di stratificazione, come negli strati di densità variabile nell’acqua artica, il modello ha prodotto velocità dell’acqua che corrispondevano a ciò che i ricercatori hanno inizialmente visto nelle osservazioni reali. Cioè, hanno visto che senza l’attrito del ghiaccio, i vortici si formano liberamente in tutte le profondità degli oceani. Man mano che l’attrito aumentava e il ghiaccio si ispessiva, l’acqua rallentava ei vortici scomparivano nei primi 50 metri dell’oceano. Al di sotto di questo limite, poiché la densità dell’acqua, cioè i suoi strati, cambia drasticamente, i vortici hanno continuato a ruotare.

Quando hanno collegato altre condizioni iniziali, come la stratificazione che era meno rappresentativa della vera circonferenza artica, il modello risultava scarsamente abbinato alle osservazioni.

“Siamo i primi a fornire una semplice spiegazione di ciò che vediamo, ovvero che i vortici del sottosuolo rimangono attivi durante tutto l’anno e i vortici superficiali, una volta che c’è il ghiaccio, vengono sfregati a causa degli effetti dell’attrito”, spiega Marshall.

Ora che hanno confermato che l’attrito e la stratificazione hanno un effetto sui vortici dell’Artico, i ricercatori si aspettano che questa relazione avrà un impatto significativo sulla formazione artica nei prossimi decenni. Ci sono stati altri studi che dimostrano che il ghiaccio artico estivo, che si sta già ritirando più velocemente anno dopo anno, sarà completamente scomparso entro il 2050. Man mano che il ghiaccio diminuisce, l’acqua sarà libera di circolare. TurbiniiIn superficie e nella parte posteriore. L’aumento dell’attività del vortice in estate potrebbe portare calore da altre parti del mondo, riscaldando ulteriormente l’Artico.

Nel frattempo, per il prossimo futuro, l’inverno artico sarà coperto di ghiaccio, sottolinea Mingelo. Se un riscaldamento nell’Artico porterà a una maggiore turbolenza oceanica durante tutto l’anno oa una maggiore variabilità nel corso delle stagioni dipende dalla forza del ghiaccio marino.

Indipendentemente da ciò, “se ci spostiamo in un mondo in cui non c’è affatto ghiaccio in estate e ghiaccio più debole durante l’inverno, l’attività del vortice aumenterà”, dice Mingelo. “Questo ha importanti implicazioni per le cose che si muovono nell’acqua, come la tracciabilità, i nutrienti, il calore e il feedback sul ghiaccio stesso”.