Em altas latitudes, como perto da Antártica e do Círculo Polar Ártico, as águas superficiais do oceano são resfriadas por temperaturas gélidas e se tornam tão densas que afundam alguns milhares de metros no abismo do oceano.

Acredita-se que as águas do oceano fluam ao longo de uma espécie de correia transportadora que as transporta entre a superfície e as profundezas em um loop infinito. Contudo, ainda não está claro onde as águas profundas sobem para a superfície, como eles devem fazer. Essa informação ajudaria os pesquisadores a estimar quanto tempo o oceano pode armazenar carbono em suas regiões mais profundas antes de devolvê-lo à superfície.

Agora, cientistas do MIT, Woods Hole Oceanographic Institution (WHOI), e a Universidade de Southampton no Reino Unido identificaram um mecanismo pelo qual as águas podem subir das profundezas do oceano às suas camadas superiores. Seus resultados são publicados hoje na revista. Nature Communications .

Por meio de modelagem numérica e observações no Oceano Antártico, a equipe descobriu que recursos topográficos, como montes marinhos, cumes, e as margens continentais podem impedir que águas profundas migrem para mais planas, partes mais calmas do oceano. Os precipícios e penhascos subaquáticos geram fluxos turbulentos, semelhante ao vento que chicoteia entre os arranha-céus de uma cidade. Quanto mais tempo a água fica presa entre essas características topográficas, quanto mais ele se mistura com as camadas superiores do oceano, girando seu caminho de volta para a superfície.

"No oceano abissal, você tem 4, Montanhas marítimas de 000 metros e vales muito profundos, para cima e para baixo, e esses recursos topográficos ajudam a criar turbulência, "diz Raffaele Ferrari, o Cecil e Ida Green Professor de Oceanografia no Departamento da Terra do MIT, Ciências Atmosféricas e Planetárias. “O que parece estar emergindo é que a água volta do abismo passando muito tempo nesses lugares onde a turbulência é muito forte”.

Saber que existem pontos críticos onde as águas profundas voltam à superfície pode ajudar os cientistas a identificar as regiões onde o carbono, uma vez absorvido da atmosfera e armazenado nas profundezas do oceano, sobe e é liberado de volta para a atmosfera.

"O entendimento geral é que as águas abissais levam alguns a vários milhares de anos para ressurgir, "diz o autor principal e pós-doutorado do MIT Ali Mashayek." Se uma quantidade considerável de ressurgência ocorrer rapidamente ao longo de limites inclinados, margens continentais, e dorsais meso-oceânicas, então, o prazo de reciclagem das águas abissais pode ser mais curto. "

Os co-autores de Ferrari e Mashayek são Sophia Merrifield, um estudante de pós-graduação do MIT; Jim Ledwell e Lou St. Laurent da WHOI; e Alberto Naveira Garabato, da Universidade de Southampton.

O poder de 10 lâmpadas

Em regiões polares frias, a quantidade de água que continuamente afunda nas profundezas do oceano é estimada em "cerca de 107 metros cúbicos por segundo - 50 vezes o transporte do rio Amazonas, "Ferrari diz.

Em 1966, O aclamado oceanógrafo Walter Munk abordou o quebra-cabeça de como todas essas águas profundas voltam à superfície, propondo que a turbulência do oceano em pequena escala pode levar a pesadas, águas profundas para misturar e subir. Esta turbulência, ele postulou, assume a forma de quebrar ondas de gravidade interna que viajam entre camadas de água de diferentes densidades, abaixo da superfície do oceano.

Munk calculou a potência de mistura que teria de ser gerada ao quebrar as ondas de gravidade internas para trazer todas as águas profundas do oceano de volta à superfície. O número, Ferrari diz, é equivalente a "cerca de 10 lâmpadas incandescentes por quilômetro cúbico do oceano."

Desde então, oceanógrafos identificaram áreas limitadas, como montes marinhos e cumes, que criam turbulência semelhante ao que Munk teorizou.

"Mas se você resumiu esses poucos lugares, você não parecia ter chegado ao número necessário para trazer toda aquela água de volta, "Ferrari diz.

Fazendo passagem

Em fevereiro de 2009, colaboradores da WHOI implantaram um rastreador no Oceano Antártico, cerca de 1, 000 milhas a oeste de Drake Passage, como parte de um projeto denominado DIMES (Diapycnal and Isopycnal Mixing Experiment in Southern Ocean) para analisar a mistura de águas oceânicas.

"Eles liberaram uma gota de tinta, como uma gota de leite em uma xícara de café, e deixe o oceano misturar tudo, "Ferrari diz.

Mais de dois anos, eles amostraram o traçador em várias estações a jusante de onde foi lançado, e descobri que experimentou muito pouca turbulência, ou misturando, em partes do oceano com poucas características topográficas. Contudo, uma vez que o traçador cruzou a passagem de Drake, encontrou montes marinhos e cumes, e "de repente, começou a se espalhar na vertical bem rápido, em três vezes a taxa prevista por Munk, "Ferrari diz.

O que estava impulsionando essa mixagem acelerada? Descobrir, O time, liderado por Mashayek, desenvolveu um modelo numérico para simular a região do Oceano Antártico - não é uma tarefa fácil, pois não estava claro se esse modelo poderia ter resolução alta o suficiente para reproduzir os movimentos em pequena escala de um traçador em meio a um vasto volume de água do mar.

"Fiz alguns cálculos preliminares, verso das estimativas do envelope, e percebemos que teríamos resolução suficiente para fazer isso, "Mashayek lembra.

Um traçador, encurralado

Os pesquisadores usaram o modelo de circulação geral do MIT - um modelo numérico projetado para estudar a atmosfera da Terra, oceano, e clima, como sua estrutura, e programado nele todas as forças externas que existem no Oceano Antártico, incluindo padrões de vento, Aquecimento solar, evaporação, e precipitação. Eles então trabalharam medições do experimento DIMES no modelo e extrapolaram a turbulência em toda a região do oceano, dada a topografia subjacente.

A equipe então colocou um traçador em seu modelo no mesmo local onde o traçador real foi lançado no Oceano Antártico, e observei que, na verdade, espalhou-se verticalmente, na mesma taxa que os pesquisadores observaram no campo, provando que o modelo representava a turbulência real do oceano.

Olhando mais de perto suas simulações, os pesquisadores observaram que regiões com topografia, como montes submarinos e cumes, basicamente prendiam o traçador por longos períodos de tempo, batendo e misturando verticalmente, antes que o rastreador escapasse e navegasse por águas mais calmas.

Os pesquisadores acreditam que a turbulência que ocorre nessas regiões isoladas por longos períodos de tempo pode chegar à quantidade total de mistura que Munk previu inicialmente. Esse processo de mistura pode, portanto, explicar como as águas do oceano profundo voltam à superfície.

"A ressurgência induzida por mistura é globalmente relevante, "Mashayek diz." Se nossa descoberta no Oceano Antártico se estende a outros pontos críticos de mistura ao redor do globo, então, irá remodelar de alguma forma nossa compreensão do papel da mistura turbulenta na circulação de reviravolta dos oceanos. Também tem implicações importantes para a parametrização de processos de mistura em modelos climáticos. "

Esta história foi republicada por cortesia do MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), um site popular que cobre notícias sobre pesquisas do MIT, inovação e ensino.