Un nuevo estudio sugiere que las aguas se volverán más turbulentas a medida que el Ártico pierda hielo en verano.
Los remolinos a menudo se consideran el clima del océano. Al igual que las circulaciones a gran escala en la atmósfera, los remolinos se arremolinan a través del océano como ciclones marinos de movimiento lento, barriendo nutrientes y calor, y transportándolos por todo el mundo.
En la mayoría de los océanos, los remolinos se observan en todas las profundidades y son más fuertes en la superficie. Pero desde la década de 1970, los investigadores han observado un patrón peculiar en el Ártico: en el verano, los remolinos árticos se parecen a sus contrapartes en otros océanos, apareciendo a lo largo de la columna de agua. Sin embargo, con el regreso del hielo invernal, las aguas del Ártico se vuelven tranquilas y no se encuentran remolinos en los primeros 50 metros bajo el hielo. Mientras tanto, las capas más profundas continúan provocando remolinos, que no se ven afectadas por el cambio abrupto en las aguas menos profundas.
Este giro estacional en la actividad de los remolinos del Ártico ha desconcertado a los científicos durante décadas. Ahora un MIT El equipo tiene una explicación. En un artículo publicado hoy en Revista de oceanografía física, los investigadores muestran que los principales ingredientes para impulsar el comportamiento de los remolinos en el Ártico son la fricción del hielo y la estratificación del océano.
Al modelar la física del océano, descubrieron que el hielo de invierno actúa como un freno de fricción, ralentizando las aguas superficiales y evitando que se aceleren en remolinos turbulentos. Este efecto es tan profundo; Entre 50 y 300 metros de profundidad, encontraron los investigadores, las capas más densas y saladas del océano actúan para aislar el agua de los efectos de la fricción, lo que permite que los remolinos se arremolinaran durante todo el año.
Los resultados destacan una nueva conexión entre la actividad de remolinos, el hielo del Ártico y la estratificación del océano, que ahora se puede incluir en los modelos climáticos para producir predicciones más precisas de la evolución del Ártico con el cambio climático.
“A medida que el Ártico se calienta, este mecanismo de disipación de los remolinos, es decir, la presencia de hielo, desaparecerá, porque el hielo no estará allí en verano y será más móvil en el invierno”, dice John Marshall, profesor de oceanografía. en el MIT. “Entonces, lo que esperamos ver en el futuro es un Ártico que es mucho más vigorosamente inestable y eso tiene implicaciones para la dinámica a gran escala del sistema ártico”.
Los coautores de Marshall en el artículo incluyen al autor principal Gianluca Meneghello, científico investigador del Departamento de Ciencias de la Tierra, Atmosféricas y Planetarias del MIT, junto con Camille Lique, Pal Erik Isachsen, Edward Doddridge, Jean-Michel Campin, Healther Regan y Claude Talandier. .
Esta imagen muestra la actividad de los remolinos simulados en el Océano Ártico. El panel de la izquierda muestra los cambios estacionales en la actividad de los remolinos en la superficie del océano, en comparación con el panel de la derecha, donde el comportamiento de los remolinos no se ve afectado por las estaciones y permanece igual en los niveles más profundos del océano. Crédito: Cortesía de: Gianluca Meneghello
Debajo de la superficie
Para su estudio, los investigadores recopilaron datos sobre la actividad del océano Ártico que fueron puestos a disposición por la Institución Oceanográfica Woods Hole. Los datos se recopilaron entre 2003 y 2018, a partir de sensores que miden la velocidad del agua a diferentes profundidades a lo largo de la columna de agua.
El equipo promedió los datos para producir una serie de tiempo para producir un año típico de las velocidades del Océano Ártico con la profundidad. A partir de estas observaciones, surgió una clara tendencia estacional: durante los meses de verano con muy poca capa de hielo, vieron altas velocidades y más actividad de remolinos en todas las profundidades del océano. En el invierno, a medida que el hielo crecía y aumentaba de espesor, las aguas poco profundas se detenían y los remolinos desaparecían, mientras que las aguas más profundas continuaban mostrando una actividad de alta velocidad.
“En la mayor parte del océano, estos remolinos se extienden hasta la superficie”, dice Marshall. “Pero en el invierno ártico, encontramos que los remolinos viven debajo de la superficie, como submarinos colgando en profundidad, y no llegan hasta la superficie”.
Para ver qué podría estar causando este curioso cambio estacional en la actividad de los remolinos, los investigadores llevaron a cabo un “análisis de inestabilidad baroclínica”. Este modelo utiliza un conjunto de ecuaciones que describen la física del océano y determina cómo las inestabilidades, como los sistemas meteorológicos en la atmósfera y los remolinos en el océano, evolucionan en determinadas condiciones.
Un frote helado
Los investigadores conectaron varias condiciones en el modelo, y para cada condición introdujeron pequeñas perturbaciones similares a las ondas de los vientos superficiales o un barco que pasaba, a varias profundidades del océano. Luego ejecutaron el modelo hacia adelante para ver si las perturbaciones evolucionarían a remolinos más grandes y más rápidos.
Los investigadores encontraron que cuando conectaban tanto el efecto de fricción del hielo marino como el efecto de estratificación, como en las capas de densidad variable de las aguas árticas, el modelo producía velocidades del agua que coincidían con lo que los investigadores vieron inicialmente en las observaciones reales. Es decir, vieron que sin la fricción del hielo, los remolinos se formaban libremente en todas las profundidades del océano. Con el aumento de la fricción y el espesor del hielo, las aguas disminuyeron y los remolinos desaparecieron en los primeros 50 metros del océano. Por debajo de este límite, donde la densidad del agua, es decir, su estratificación, cambia drásticamente, los remolinos continuaron arremolinándose.
Cuando conectaron otras condiciones iniciales, como una estratificación que era menos representativa del océano Ártico real, los resultados del modelo eran una coincidencia más débil con las observaciones.
“Somos los primeros en presentar una explicación simple de lo que estamos viendo, que es que los remolinos del subsuelo permanecen vigorosos durante todo el año, y los remolinos de la superficie, tan pronto como hay hielo, se borran debido a los efectos de la fricción”. Marshall explica.
Ahora que han confirmado que la fricción y la estratificación del hielo tienen un efecto en los remolinos del Ártico, los investigadores especulan que esta relación tendrá un gran impacto en la configuración del Ártico en las próximas décadas. Se han realizado otros estudios que muestran que el hielo ártico de verano, que ya retrocede más rápido año tras año, desaparecerá por completo para el año 2050. Con menos hielo, las aguas podrán formar remolinos, en la superficie y en profundidad. El aumento de la actividad de los remolinos en el verano podría traer calor de otras partes del mundo, calentando aún más el Ártico.
Al mismo tiempo, el Ártico invernal estará cubierto de hielo en el futuro previsible, señala Meneghello. Si el calentamiento del Ártico provocará más turbulencias oceánicas durante todo el año o una mayor variabilidad a lo largo de las estaciones, dependerá de la fuerza del hielo marino.
Independientemente, “si nos trasladamos a un mundo donde no hay hielo en absoluto en el verano y un hielo más débil durante el invierno, la actividad de remolinos aumentará”, dice Meneghello. “Eso tiene implicaciones importantes para las cosas que se mueven en el agua, como trazadores, nutrientes y calor, y retroalimentación sobre el hielo mismo”.
Referencia: “Génesis y decadencia de los remolinos baroclínicos de mesoescala en el océano Ártico interior cubierto de hielo estacional” por Gianluca Meneghello, John Marshall, Camille Lique, Pål Erik Isachsen, Edward Doddridge, Jean-Michel Campin, Heather Regan y Claude Talandier, 15 de diciembre 2020, Revista de oceanografía física.
DOI: 10.1175 / JPO-D-20-0054.1
Esta investigación está apoyada, en parte, por la National Science Foundation.
