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 deben en última instancia. Esta 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 los científicos del MIT, 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 hoy 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, crestas y los márgenes continentales pueden impedir que las aguas profundas migren a zonas más planas, partes más tranquilas del océano. Los abismos y acantilados submarinos generan flujos turbulentos, similar al viento que azota entre los rascacielos de una ciudad. El agua más larga queda atrapada entre estas características topográficas, cuanto más se mezcla con las capas superiores del océano, girando su camino de regreso a la superficie.

"En el océano abisal, tienes 4, Montañas marinas de 000 metros y depresiones muy profundas, arriba y abajo, y estas características topográficas ayudan a crear turbulencias, "dice Raffaele Ferrari, el profesor de Oceanografía 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 regiones donde el carbono, una vez absorbido de la atmósfera y almacenado en las profundidades del océano, sube 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 este tipo de afloramientos ocurre rápidamente a lo largo de los límites inclinados, márgenes continentales, y cordilleras oceánicas, entonces la escala de tiempo de reciclaje de aguas abisales puede ser más corta ".

Los coautores de Ferrari y Mashayek son Sophia Merrifield, un estudiante de posgrado 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 regiones polares frías, se estima que la cantidad de agua que se hunde continuamente en las profundidades del océano es de "unos 107 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 toda esta agua profunda vuelve a la superficie, proponiendo que las turbulencias oceánicas a pequeña escala pueden conducir agua profunda para mezclar y subir. Esta turbulencia él postuló, toma la forma de 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, Ferrari dice, equivale a "unas 10 bombillas incandescentes por kilómetro cúbico de océano".

Desde entonces, Los oceanógrafos han identificado áreas limitadas, como montes submarinos y crestas, que crean turbulencias similares a las teorizadas por Munk.

"Pero si resumiste 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, alrededor de 1, 000 millas al oeste de Drake Passage, como parte de un proyecto llamado DIMES (Experimento de mezcla diapicnal e isopicnal en el océano Austral) para analizar la mezcla de las aguas del océano.

"Lanzaron una gota de tinte, como una gota de leche en una taza de café, y deja que el océano lo mezcle, "Dice Ferrari.

Más de dos años, tomaron muestras del trazador en varias estaciones aguas abajo de donde se liberó, y descubrió que experimentaba muy poca turbulencia, o mezclando, en partes del océano con pocas características topográficas. Sin embargo, una vez que el rastreador cruzó el Pasaje Drake, encontró montes submarinos y crestas, y "de repente, comenzó a extenderse en la vertical bastante rápido, a tres veces la tasa predicha por Munk, "Dice Ferrari.

¿Qué impulsaba esta mezcla acelerada? Descubrir, el equipo, dirigido por Mashayek, desarrolló un modelo numérico para simular la región del Océano Austral; no es una tarea fácil, ya que no estaba claro si dicho modelo podría tener una resolución lo suficientemente alta como para reproducir los movimientos a pequeña escala de un trazador en medio de un gran volumen de agua de mar.

"Hice algunos cálculos preliminares, estimaciones de la parte posterior del sobre, y nos dimos cuenta de que tendríamos la resolución suficiente para poder hacerlo, Mashayek recuerda.

Un trazador atrapado

Los investigadores utilizaron el modelo de circulación general del MIT, un modelo numérico diseñado para estudiar la atmósfera de la Tierra, Oceano, y el clima, como marco, y programó en él todas las fuerzas externas que se sabe que existen en el Océano Austral, incluyendo patrones de viento, calefacción 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.

Luego, el equipo colocó un marcador en su modelo en el mismo lugar donde se lanzó el marcador real en el Océano Austral. y observó que, Por supuesto, se extiende verticalmente, al mismo ritmo que los investigadores observaron en el campo, demostrando que el modelo representaba la turbulencia real del océano.

Mirando más de cerca sus simulaciones, los investigadores observaron que las regiones con topografía, como los montes submarinos y las crestas, estaban atrapando esencialmente al trazador durante largos períodos de tiempo, golpeándolo y mezclándolo verticalmente, antes de que el rastreador escapara y se deslizara por 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. Por tanto, este proceso de mezcla puede explicar cómo las aguas de las profundidades oceánicas vuelven a subir a la superficie.

"La surgencia inducida 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 de vuelco del océano. También tiene implicaciones importantes para la parametrización de procesos de mezcla en modelos climáticos ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.