System strumieniowy, który zebrał dane do badania, jest obecnie używany na nowym statku badawczym RRS Sir David Attenborough. To zdjęcie przedstawia system strumienia CO2 na pokładzie RRS Sir Davida Attenborough podczas rejsu badawczego na Antarktydzie w 2024 r. Źródło: Tom Bell/PML
Naukowcy odkryli, że zdolność Oceanu Południowego do pochłaniania CO2 jest o 25% wyższa niż sugerowały wcześniejsze szacunki.
Bezpośrednie pomiary powietrzno-morskie wskazują, że w poprzednich modelach niedoszacowano emisji CO2 absorpcję, podkreślając potrzebę dokładniejszych ocen klimatu.
Ulepszone techniki pomiarowe ujawniają większy poziom CO2 Wchłanianie
Nowe badania prowadzone przez Uniwersytet Anglii Wschodniej (UEA) i Laboratorium Morskie w Plymouth (PML) wykazały, że Ocean Południowy pochłania więcej dwutlenku węgla (CO2) niż wcześniej sądzono.
Stosowanie bezpośrednich pomiarów CO2 wymiany, czyli strumienie, między powietrzem a morzem, naukowcy odkryli, że ocean wokół Antarktydy pochłania o 25% więcej CO2 niż sugerowały poprzednie pośrednie szacunki oparte na danych pokładowych.
Rozbieżności w poprzednich CO2 Szacunki zlewu
Ocean Południowy odgrywa główną rolę w pochłanianiu CO2 emitowane w wyniku działalności człowieka, co jest procesem niezbędnym do kontrolowania klimatu Ziemi. Jednakże istnieją duże niepewności co do wielkości i zmienności tego strumienia.
Do tej pory szacowano ją na podstawie pomiarów pokładowych, m.in Surface Ocean Co2 Atlas (SOCAT) ze statków badawczych i dronów żaglowych, danych z profilowanych pływaków rozmieszczonych w oceanie oraz globalnych modeli biogeochemii oceanów. Te różne podejścia spowodowały duże różnice w szacunkach.
Postęp w metodach obserwacyjnych
W nowym badaniu wykorzystano nowatorską technikę zwaną kowariancją wirów – z systemami strumienia zamontowanymi na przednich masztach statków – do bezpośredniego pomiaru stężenia CO w powietrzu i morzu2 przepływów podczas siedmiu rejsów badawczych w regionie.
Wyniki — opublikowane w czasopiśmie Postęp nauki — pokazują, że latem Ocean Południowy będzie prawdopodobnie silnym CO2 zatonie, kwestionując znacznie słabsze szacunki oparte na danych pływakowych i symulacjach modeli, które według autorów „znacznie nie doceniają” obserwowanego CO2 wchłanianie.
Autorzy argumentują, że różnicę tę można wyjaśnić uwzględnieniem wahań temperatury w górnej części oceanu i ograniczonej rozdzielczości, na przykład uśredniania w zbyt długiej skali czasu lub pobierania próbek w zbyt dużym odstępie czasu, dodając, że obecne modele i dane pływające nie uwzględniają dla małego, intensywnego CO2 wydarzenia absorpcyjne.
Implikacje nowych odkryć dla modeli klimatycznych
Główny autor dr Yuanxu Dong z Centrum Nauk o Oceanie i Atmosferze (COAS) oraz PML UEA przebywa obecnie w Centrum Badań Oceanicznych GEOMAR Helmholtz w Kilonii, finansowanym ze stypendium Fundacji Humboldta. Powiedział: „To pierwszy raz, kiedy duża liczba bezpośrednich CO2 w powietrzu i morzu2 obserwacje strumieni wykorzystano do oceny istniejących produktów strumieni w Oceanie Południowym. Nasze odkrycia dostarczają bezpośrednich dowodów obserwacyjnych na to, że ocean ten może pochłaniać więcej CO2 niż wcześniej uznano.
„Dokładne oznaczenie ilościowe CO w Oceanie Południowym2 pochłaniacz jest niezbędny do oceny klimatu Ziemi. Jest to jednak region najbardziej niepewny pod względem szacunkowej emisji CO2 pojemność zlewu.
„Nasze badanie zmniejsza tę niepewność i poprawia zrozumienie CO na Oceanie Południowym2 i zalecamy, aby przyszłe szacunki uwzględniały korekty temperatury oraz rekonstrukcję i modelowanie w wyższej rozdzielczości”.
Przyszłe kierunki i udoskonalenia technik pomiarowych
Zespół, w skład którego wchodzili także naukowcy z instytutów Alfreda Wegenera i Maxa Plancka w Niemczech, Flanders Marine Institute w Belgii oraz Uniwersytetu Hawai’i w USA, zbadał niespójności w istniejących wskaźnikach CO2 oszacowania strumienia, a następnie wykorzystał obserwacje strumienia kowariancji wirów do oceny różnych zestawów danych.
Dane z rejsu obejmowały około 3300 godzin – około 175 dni – pomiarów w antarktycznym lecie w latach 2019 i 2020, zdefiniowanym w badaniu jako od listopada do kwietnia, na obszarze wysoce dynamicznych stref czołowych. Pomiary wykonywano co godzinę, w porównaniu na przykład co około 10 dni w przypadku pomiarów z pływaków.
Dr Mingxi Yang, współautorka badania i oceanograf chemiczny w PML, powiedziała: „Ocean Południowy jest kluczowym pochłaniaczem CO2, ale wielkość i lokalizacja tego pochłaniania przez ocean są niepewne. Autonomiczny system kowariancji wirów o wysokiej częstotliwości firmy PML znacznie zwiększył liczbę bezpośrednich CO w powietrzu i morzu2 pomiary strumienia w tym obszarze.
„W artykule tym przedstawiono pierwsze porównanie bezpośredniego CO2 pomiary i szacunki strumienia na podstawie ogólnych produktów danych i modeli globalnych w dużej skali przestrzenno-czasowej. Pomogło to zweryfikować te elementy i rzucić światło na sposoby ich ulepszenia”.
Wyzwania i możliwości w rozwijaniu CO2 Obserwacje strumienia
Brak danych zimowych jest ogólnym problemem statków ze względu na trudności w dostępie do regionu w tym czasie, które częściowo rozwiązują pływaki. Uznając, że dane z ich rejsów obejmują tylko niektóre części Oceanu Południowego latem, autorzy twierdzą, że ciągłe wysiłki na rzecz wysokiej jakości obserwacji są niezbędne do poprawy szacunków CO w powietrzu i morzu2 strumienie.
Może to obejmować rozszerzenie pomiarów na większą liczbę statków oraz dalsze rozmieszczanie boi i dronów żaglowych, szczególnie w sezonie zimowym. Dodatkowe obserwacje prowadzone zimą przez platformy bez nadzoru mogą również pomóc w wypełnieniu sezonowej luki w danych.
Profesor Tom Bell, współautor i PML Ocean-Atmphere Biogeochemist, dodał: „Niedawno przenieśliśmy nasz system strumieniowy do nowego lodołamacza RRS Sir Davida Attenboroughai zebrał pierwszy zestaw pomiarów strumienia podczas rejsu badawczego po Morzu Weddella na początku tego roku. Zamierzamy kontynuować tę cenną pracę w nadchodzących latach, która jest niezbędna do monitorowania obecnego klimatu i prognozowania przyszłych zmian.
Wnioski i wezwanie do działania
Naukowcy ostrzegają również, że ilość CO na powierzchni oceanu na pokładzie statku2 w ostatnich latach drastycznie spadło, częściowo z powodu pandemii Covid-19, ale także z powodu mniejszego finansowania. Na przykład liczba rocznych zbiorów danych w SOCAT spadła o 35% w latach 2017–2021, a w przypadku Oceanu Południowego o 40%.
Doktor Dorothee Bakker z COAS UEA i przewodnicząca SOCAT powiedziała: „Istnieje realna potrzeba trwałego i rozszerzonego finansowania COAS na powierzchni oceanów2 pomiarów i ich syntezy SOCAT, w celu ograniczenia CO w Oceanie Południowym2 absorpcję gazów cieplarnianych, wspieranie inicjatywy monitorowania gazów cieplarnianych Światowej Organizacji Meteorologicznej oraz informowanie o polityce klimatycznej.”
Odniesienie: „Bezpośrednie dowody obserwacyjne silnego CO2 absorpcja w Oceanie Południowym” autorstwa Yuanxu Dong, Dorothee CE Bakker, Thomas G Bell, Mingxi Yang, Peter Landschützer, Judith Hauck, Christian Rödenbeck, Vassilis Kitidis, Seth M. Bushinsky i Peter Liss, 24 lipca 2024 r., Postęp nauki.
DOI: 10.1126/sciadv.adn5781
Prace finansowano ze środków Chińskiej Rady Stypendialnej, brytyjskiej Rady ds. Badań nad Środowiskiem Naturalnym (NERC) oraz Europejska Agencja Kosmiczna.
