Osservazioni anticipate e l'alba dello studio sistemico

Gli antichi navigatori polinesiani usavano la loro comprensione dei flussi oceanici e si gonfiavano per viaggiare attraverso il vasto Pacifico, mentre i commercianti arabi e gli esploratori vichinghi osservavano cambiamenti stagionali nel movimento marino. Queste prime osservazioni erano pratiche, non teoriche, hanno permesso il commercio, l'esplorazione e la sopravvivenza.

Il primo importante contributo deriva dal Benjamin Franklin, che, come vice-padrone generale delle colonie britanniche, si è frustrato con navi postali che hanno più lungo la costa occidentale.

Lo sviluppo del termometro dell'acqua marina[ alla fine del XVIII secolo permise di misurare la temperatura più precisa a profondità. Gli scienziati come James Rennell cominciarono a collegare i modelli di corrente di superficie con temperatura e salinità, ponendo le basi per la circolazione densita-driven.

La nascita dell'Oceanografia dinamica

L’oceanografia norvegese Harald Sverdrup] ha sviluppato la teoria delle correnti oceaniche a vento, mostrando come l’equilibrio tra lo stress eolico e l’effetto Coriolis produce gyre su larga scala.

Il più profondo progresso del 20 ° secolo, tuttavia, è stato il riconoscimento del circolazione di tremenda —un lento, profondo-anello di oceo guidato da differenze nella densità dell'acqua causata dalla temperatura (thermo) e dalla salinità (haline)).

Correnti oceaniche e la macchina climatica

Il collegamento tra le correnti oceaniche e il clima è più drammaticamente illustrato da alcuni sistemi principali. pesca] Flusso ] e la sua estensione, il Nord Atlantico Drift, trasportano acque tropicali calde verso alte latitudini. Questo aumenta le temperature invernali in Europa occidentale fino a 10 °C (18 °F) rispetto a simili latitudini in Canada o Siberia.

Il più potente segnale climatico a breve termine legato alle correnti oceaniche è il El Niño-Southern Oscillation (ENSO) ciclo. Durante un evento El Niño, i venti commerciali est-ovest si indeboliscono, permettendo all'acqua calda di scivolare verso il Pacifico centrale e orientale.

La Circolazione di rovesciamento sinergica dell'Atlantico (AMOC)

Nel corso di una maggiore durata, la ]Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC)] è una componente critica del sistema climatico. È la "cintura di fertilizzanti" che muove l'acqua calda verso nord nell'Atlantico superiore e l'acqua fredda verso sud nella profondità.

Correnti oceaniche e il ciclo globale del carbonio

Le correnti oceaniche non solo ridistribuiscono il calore; svolgono anche un ruolo centrale nel ciclo globale del carbonio. L'oceano assorbe circa un quarto del biossido di carbonio emesso dalle attività umane, e le correnti determinano quanto rapidamente questo CO2 viene assorbito e dove è immagazzinato. Le acque fredde e profonde del Nord Atlantico e dell'Oceano meridionale sono grandi lavandini per i secoli atmosferici di CO2 perché l'acqua fredda può contenere gas più disciolto.

In parallelo, la pompa biologica si basa sulle correnti oceaniche per fornire gli inventari di nutrienti al fitoplancton, che fotonifica ed esporta il carbonio organico a profondità.

Le correnti regolano anche il rilascio di metano naturale dal fondo marino. Nelle regioni in cui le correnti calde fluiscono su sedimenti freddi e metano-idratati, come lungo il pendio continentale dell'Oceano Artico, la destabilizzazione dei clathrate di metano potrebbe rilasciare grandi quantità di questo potente gas serra.

Rivoluzioni tecnologiche nello studio attuale

Il rapido progresso della tecnologia negli ultimi 50 anni ha trasformato la nostra capacità di misurare e modellare le correnti oceaniche. Negli anni '70, altimetria satellite – con misurazioni quali TOPEX / Poseidon e proseguite da Jason-3 e Sentinel-6 – ha permesso agli scienziati di misurare l’altezza della superficie del mare con precisione di centimetri.

Un'altra tecnologia di cambiamento del gioco è radar ad alta frequenza (HF), che misura le correnti superficiali in tempo reale su grandi aree costiere.

Questi sistemi di monitoraggio del petrolio si nutrono di modelli climatici all’avanguardia, come quelli utilizzati dal Laboratorio di Dinamica Geofisica NOAA e dall’Ufficio Met UK. I modelli moderni risolvono gli erpi mesoscale, mentre i ricercatori di navigazione in mare possono ora fondere le previsioni di petrolio.

Sfide chiave e domande aperte

Nonostante questi progressi, le sfide profonde rimangono nella comprensione e nella predizione del comportamento delle correnti oceaniche sotto un clima in evoluzione.

  • La stabilità della Circolazione di Sostituzione Meridional Overturning Atlantic (AMOC)[: La temperatura di riscaldamento antropogenico spingerà AMOC oltre un punto di ribaltamento?
  • Parametrizzazione di Eddy nei modelli[[]: Mentre i modelli possono risolvere gli eddies a livello globale, i limiti computazionali richiedono ancora approssimazioni a scala sub-grid.
  • Interazione con il ciclo di carbonio[[[]: Le correnti oceaniche impostano il tasso a cui l'oceano assorbe la CO2 antropogenica. L'aumento del vento porta acqua profonda e ricca di carbonio alla superficie, che colpisce lo scambio di gas d'aria-mare. Come cambi di circolazione, così la capacità dell'oceano di tamponare il cambiamento climatico.
  • Impatti regionali dei cambiamenti attuali[: Ad esempio, se il flusso dell’Oceano Indiano dai cambiamenti del Pacifico, le dinamiche monsoniche sull’India e l’Africa orientale potrebbero essere alterate, che interessano miliardi di persone. Allo stesso modo, i cambiamenti nella Corrente di Agulhas potrebbero influenzare la forza della circolazione atlantica modificando la perdita di acqua calda e salata dall’Oceano Indiano nel Sud Atlantico.
  • Accelerazione di aumento di livello di mare[[[]: Le correnti oceaniche ridistribuiscono la massa; un rallentamento del flusso del Golfo è già stato implicato in aumento del livello del mare lungo la costa orientale degli Stati Uniti. Capire tali impronte regionali è vitale per l'adattamento costiero.
  • L'oceano profondo sotto le calotte di ghiaccio[[]: le correnti profonde calde stanno sciogliendo i sottofondi delle mensole di ghiaccio antartico dal basso, accelerando la perdita di ghiaccio e aumentando i livelli di mare.

La collaborazione internazionale rimane la spina dorsale della ricerca in corso sull’oceano. Programmi come le osservazioni e la modellazione del programma di ricerca sul clima mondiale [[FLT: 1)]] coordinano le osservazioni e modellano in tutto il mondo. L’estensione dell’array Argo negli oceani profondi (Deep Argo) e nelle regioni a tempo di simulazione del ghiaccio (attraverso gli alianti autonomi) promette di fornire dati ancora più completi nei prossimi anni.

Conclusione: La frontiera critica

Lo studio delle correnti oceaniche si è evoluto dal registro del carpentiere e dalla carta balena ad una disciplina che integra la telemetria satellitare, i carri autonomi, i supercomputer e la collaborazione globale. Ogni era ha portato un più profondo apprezzamento per il ruolo di resistenza dell’oceano nel plasmare il clima della Terra, dal lento impulso del trasportatore termoalino alle oscillazioni anno-anno-anno dell’ESO.

I più grandi progressi nei prossimi decenni saranno probabilmente emerse dalla fusione di sistemi di osservazione sostenuti con modelli di prossima generazione che possono simulare l'oceano alla risoluzione di singoli corpi. Allo stesso tempo, i record paleoceanografici - core di sedimentazione, isotopi coralli, core di ghiaccio - continueranno a mostrarci di che cosa il sistema terrestre è capace di.