Los remolinos se ven a menudo como el clima del océano. Como circulaciones a gran escala en la atmósfera, remolinos se arremolinan a través del océano como ciclones marinos que se mueven lentamente, barriendo nutrientes y calor, y transportarlos 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 árticas se calman y los remolinos no se encuentran en ninguna parte en los primeros 50 metros bajo el hielo. Mientras tanto, las capas más profundas continúan provocando remolinos, no se ve afectado por el cambio abrupto en aguas menos profundas.

Este giro estacional en la actividad de los remolinos del Ártico ha desconcertado a los científicos durante décadas. Ahora un equipo del MIT 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.

Modelando la física del océano, encontraron que el hielo de invierno actúa como un freno de fricción, ralentizar las aguas superficiales y evitar que se aceleren en remolinos turbulentos. Este efecto es tan profundo; entre 50 y 300 metros de profundidad, los investigadores encontraron, el océano es salado, Las capas más densas actúan para aislar el agua de los efectos de la fricción. permitiendo que los remolinos se arremolinaran durante todo el año.

Los resultados destacan una nueva conexión entre la actividad de remolinos, Hielo Artico, y 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 remolinos, es decir, la presencia de hielo, va a desaparecer, porque el hielo no estará allí en verano y será más móvil en 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, un científico investigador en el Departamento de Tierra del MIT, Ciencias Atmosféricas y Planetarias, junto con Camille Lique, Pal Erik Isachsen, Edward Doddridge, Jean-Michel Campin, Sanador Regan, y Claude Talandier.

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 fueron recolectados entre 2003 y 2018, 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. 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 detienen, y los remolinos desaparecieron, mientras que las aguas más profundas continuaron mostrando una actividad de alta velocidad.

"En la mayor parte del océano, estos remolinos se extienden hasta la superficie, Marshall dice. Pero en el invierno ártico, encontramos que los remolinos viven debajo de la superficie, como submarinos colgados 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, evolucionar 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 de superficie o un barco que pasaba, a varias profundidades oceánicas. Luego ejecutaron el modelo para ver si las perturbaciones evolucionarían a mayores, remolinos 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 produjo velocidades del agua que coincidían con lo que los investigadores vieron inicialmente en las observaciones reales. Es decir, vieron que sin fricción del hielo, los remolinos se formaron 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. Debajo de este límite, donde la densidad del agua, es decir, su estratificación, cambia dramáticamente, los remolinos continuaron girando.

Cuando enchufaron otras condiciones iniciales, como una estratificación menos representativa del océano Ártico real, Los resultados del modelo coincidieron más débilmente con las observaciones.

"Somos los primeros en presentar una explicación simple de lo que estamos viendo, que es que los remolinos subsuperficiales se mantienen vigorosos durante todo el año, y remolinos de superficie, tan pronto como el hielo esté alrededor, 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 árticos, los investigadores especulan que esta relación tendrá un gran impacto en la configuración del Ártico en las próximas décadas. Ha habido otros estudios que muestran que el hielo ártico de verano, ya retrocede más rápido año tras año, desaparecerá por completo para el año 2050. Con menos hielo, las aguas serán libres de arremolinarse en remolinos, en 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. El hecho de que el calentamiento del Ártico provoque más turbulencias oceánicas durante todo el año o una mayor variabilidad a lo largo de las estaciones dependerá de la fuerza del hielo marino.

A pesar de todo, "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 y nutrientes y calor, y comentarios sobre el hielo mismo ".