En latitudes altas, como cerca de la Antártida y el Círculo Polar Ártico, las aguas superficiales del océano se enfrían con temperaturas frías y se vuelven tan densas que se hunden unos miles de metros en el abismo del océano.
Se cree que las aguas del océano fluyen a lo largo de una especie de cinta transportadora que las transporta entre la superficie y las profundidades en un bucle sin fin. Sin embargo, no está claro dónde suben las aguas profundas a la superficie, como finalmente deben hacerlo.La información ayudaría a los investigadores a estimar cuánto tiempo el océano puede almacenar carbono en sus regiones más profundas antes de devolverlo a la superficie.
Ahora, científicos del MIT, la Institución Oceanográfica Woods Hole WHOI y la Universidad de Southampton en el Reino Unido han identificado un mecanismo por el cual las aguas pueden elevarse desde las profundidades del océano hasta sus capas superiores. Sus resultados se publican en la revista Comunicaciones de la naturaleza .
Mediante modelos numéricos y observaciones en el Océano Austral, el equipo descubrió que las características topográficas, como los montes submarinos, las crestas y los márgenes continentales pueden atrapar las aguas profundas para que no migren a partes más planas y tranquilas del océano. Los abismos y acantilados submarinos generan flujos turbulentos, similar al viento que azota entre los rascacielos de una ciudad. Cuanto más tiempo queda atrapada el agua entre estas características topográficas, más se mezcla con las capas superiores del océano, girando en su camino de regreso a la superficie.
"En el océano abisal, hay montañas marinas de 4.000 metros y depresiones muy profundas, arriba y abajo, y estas características topográficas ayudan a crear turbulencias", dice Raffaele Ferrari, profesor de Oceanografía de Cecil e Ida Green en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias. "Lo que parece estar surgiendo es que el agua regresa del abismo al pasar mucho tiempo en estos lugares donde la turbulencia es realmente fuerte".
Saber que hay puntos críticos donde las aguas profundas regresan a la superficie puede ayudar a los científicos a identificar las regiones donde el carbono, una vez absorbido de la atmósfera y almacenado en las profundidades del océano, se eleva y se libera a la atmósfera.
"El entendimiento general es que las aguas abisales tardan de pocos a varios miles de años en resurgir", dice el autor principal y postdoctorado del MIT Ali Mashayek. "Si una cantidad considerable de tales afloramientos ocurre rápidamente a lo largo de los límites inclinados, los márgenes continentales y el océano mediocordilleras, entonces la escala de tiempo de reciclaje de aguas abisales puede ser más corta ".
Los coautores de Ferrari y Mashayek son Sophia Merrifield, una estudiante graduada del MIT; Jim Ledwell y Lou St. Laurent de WHOI; y Alberto Naveira Garabato de la Universidad de Southampton.
El poder de 10 bombillas
En las regiones polares frías, la cantidad de agua que se hunde continuamente en las profundidades del océano se estima en "aproximadamente 10 7 metros cúbicos por segundo: 50 veces el transporte del río Amazonas ", dice Ferrari.
En 1966, el aclamado oceanógrafo Walter Munk abordó el enigma de cómo todas estas aguas profundas regresan a la superficie, proponiendo que las turbulencias oceánicas a pequeña escala pueden hacer que las aguas profundas y pesadas se mezclen y se eleven. Esta turbulencia, postuló, toma la formade romper ondas de gravedad internas que viajan entre capas de agua de diferentes densidades, debajo de la superficie del océano.
Munk calculó el poder de mezcla que tendría que ser generado rompiendo las ondas de gravedad internas para traer todas las aguas profundas del océano de regreso a la superficie. El número, dice Ferrari, es equivalente a "aproximadamente 10 bombillas por kilómetro cúbico deOceano."
Desde entonces, los oceanógrafos han identificado áreas limitadas, como montes submarinos y cordilleras, que crean turbulencias similares a las teorizadas por Munk.
"Pero si sumabas esos pocos lugares, no parecías llegar al número que necesitabas para recuperar toda esa agua", dice Ferrari.
Haciendo paso
En febrero de 2009, colaboradores de WHOI desplegaron un rastreador en el Océano Austral, a unas 1,000 millas al oeste del Pasaje Drake, como parte de un proyecto llamado DIMES Experimento de mezcla de diapicnios e isopicnos en el Océano Austral para analizar la mezcla de aguas oceánicas.
"Soltaron una gota de tinte, como una gota de leche en una taza de café, y dejaron que el océano lo mezclara", dice Ferrari.
Durante dos años, tomaron muestras del trazador en varias estaciones río abajo de donde se liberó y encontraron que experimentaba muy poca turbulencia o mezcla en partes del océano con pocas características topográficas. Sin embargo, una vez que el trazador cruzó el Pasaje Drake, se encontró con montes submarinos y crestas, y "de repente, comenzó a extenderse en la vertical bastante rápido, a tres veces la velocidad predicha por Munk", dice Ferrari.
¿Qué estaba impulsando esta mezcla acelerada? Para averiguarlo, el equipo, dirigido por Mashayek, desarrolló un modelo numérico para simular la región del Océano Austral, una tarea que no es pequeña, ya que no estaba claro si dicho modelo podría tener una resolución lo suficientemente alta como parareproducir los movimientos a pequeña escala de un trazador en medio de un gran volumen de agua de mar.
"Hice algunos cálculos preliminares, estimados al dorso del sobre, y me di cuenta de que tendríamos la resolución suficiente para poder hacerlo", recuerda Mashayek.
un trazador, atrapado
Los investigadores utilizaron el modelo de circulación general del MIT, un modelo numérico diseñado para estudiar la atmósfera, el océano y el clima de la Tierra, como su marco, y programaron en él todas las fuerzas externas que se sabe que existen en el Océano Austral, incluido el viento.patrones, calentamiento solar, evaporación y precipitación. Luego trabajaron las mediciones del experimento DIMES en el modelo y extrapolaron la turbulencia en toda la región del océano, dada la topografía subyacente.
El equipo luego colocó un trazador en su modelo en el mismo lugar donde se liberó el trazador real en el Océano Austral, y observó que, de hecho, se extendía verticalmente, al mismo ritmo que los investigadores observaron en el campo, lo que demuestra queel modelo representaba la turbulencia real del océano.
Al observar más de cerca sus simulaciones, los investigadores observaron que las regiones con topografía como los montes submarinos y las crestas esencialmente atrapaban el trazador durante largos períodos de tiempo, golpeándolo y mezclándolo verticalmente, antes de que el trazador escapara y flotara en aguas más tranquilas.
Los investigadores creen que la turbulencia que se produce en estas regiones aisladas durante largos períodos de tiempo puede llegar a medir la cantidad total de mezcla que Munk predijo inicialmente. Este proceso de mezcla puede explicar cómo las aguas en las profundidades del océano se hinchan de nuevo a la superficie..
"El afloramiento inducido por la mezcla es globalmente relevante", dice Mashayek. "Si nuestro hallazgo en el Océano Austral se extiende a otros puntos críticos de mezcla en todo el mundo, entonces cambiará de alguna manera nuestra comprensión del papel de la mezcla turbulenta en la circulación del vuelco del océano.también tiene implicaciones importantes para la parametrización de procesos de mezcla en modelos climáticos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Massachusetts . Original escrito por Jennifer Chu. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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