ผลการวิจัยให้ความกระจ่างเกี่ยวกับบทบาทของน่านน้ำเย็นที่ปกคลุมทวีปแอนตาร์กติกาในการยับยั้งผลกระทบของการปล่อยก๊าซเรือนกระจกที่เพิ่มขึ้น หลังจากการวิจัยที่ตีพิมพ์ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาชี้ว่ามหาสมุทรใต้อาจจะจมน้อยกว่าที่เคยคิดไว้

การศึกษาใหม่ซึ่งตีพิมพ์ในวารสารScienceในสัปดาห์นี้ใช้ประโยชน์จากการสังเกตการณ์จากเครื่องบินวิจัยที่บินระหว่างโครงการภาคสนาม 3 โครงการตลอดระยะเวลาเกือบ 10 ปี รวมทั้งการรวบรวมแบบจำลองบรรยากาศ เพื่อพิจารณาว่ามหาสมุทรใต้ใช้คาร์บอนมากกว่าอย่างมีนัยสำคัญ มันปล่อย การวิจัยยังเน้นย้ำถึงพลังที่การสังเกตการณ์ทางอากาศต้องเปิดเผยรูปแบบที่สำคัญในวัฏจักรคาร์บอนทั่วโลก

"คุณไม่สามารถหลอกบรรยากาศ" นักวิทยาศาสตร์ NCAR Matthew Long ผู้เขียนหลักของหนังสือพิมพ์กล่าว "ในขณะที่การวัดจากพื้นผิวมหาสมุทรและจากพื้นดินมีความสำคัญ แต่ก็เบาบางเกินไปที่จะให้ภาพที่เชื่อถือได้ของฟลักซ์คาร์บอนในอากาศและทะเล อย่างไรก็ตาม บรรยากาศสามารถรวมฟลักซ์บนพื้นที่กว้างใหญ่ได้ การตรวจวัดในอากาศแสดงการดึงคาร์บอนไดออกไซด์ออกของ CO 2ในชั้นบรรยากาศด้านล่างเหนือพื้นผิวมหาสมุทรใต้ในฤดูร้อน ซึ่งบ่งชี้ว่ามหาสมุทรดูดซับคาร์บอน”

การวิจัยได้รับทุนจาก National Science Foundation (NSF) ซึ่งเป็นสปอนเซอร์ของ NCAR เช่นเดียวกับ NASA และ NOAA

ความไม่แน่นอนเกี่ยวกับบทบาทของมหาสมุทรใต้

เมื่อการปล่อย CO 2 ที่มนุษย์สร้างขึ้นจากการเผาไหม้เชื้อเพลิงฟอสซิลและกิจกรรมอื่น ๆ เข้าสู่ชั้นบรรยากาศ ก๊าซบางส่วนก็ถูกพืชดูดเข้าไปและบางส่วนก็ถูกดูดซับสู่มหาสมุทร ในขณะที่ความเข้มข้นโดยรวมของ CO 2ในชั้นบรรยากาศยังคงเพิ่มขึ้น ทำให้อุณหภูมิโลกสูงขึ้น แผ่นดินและมหาสมุทรเหล่านี้ "จม" ผลกระทบช้าลง

ความเข้าใจที่แม่นยำยิ่งขึ้นว่าแหล่งกักเก็บคาร์บอนมีอยู่ที่ใด ขนาดเท่าใด และอาจเปลี่ยนแปลงได้อย่างไรเมื่อสังคมยังคงปล่อย CO 2ออกมามากขึ้นมีความสำคัญต่อการคาดการณ์ถึงวิถีในอนาคตของการเปลี่ยนแปลงสภาพภูมิอากาศ นอกจากนี้ยังจำเป็นสำหรับการประเมินผลกระทบของมาตรการลดการปล่อยก๊าซที่อาจเกิดขึ้นและเทคโนโลยีการกำจัดCO 2

นักวิทยาศาสตร์คิดมานานแล้วว่ามหาสมุทรใต้เป็นแหล่งกักเก็บคาร์บอนที่สำคัญ ในภูมิภาครอบๆ แอนตาร์กติกา น้ำเย็นจากมหาสมุทรลึกจะถูกส่งไปยังพื้นผิว น้ำเต็มตื่นนี้อาจจะไม่ได้เห็นพื้นผิวของมหาสมุทรสำหรับหลายร้อยปี - แต่เมื่อสัมผัสกับบรรยากาศก็สามารถที่จะดูดซับ CO 2ก่อนที่จะจมลงอีกครั้ง

การวัด CO 2และคุณสมบัติที่เกี่ยวข้องในมหาสมุทรแนะนำว่า 40 เปอร์เซ็นต์ของ CO 2 ที่มนุษย์สร้างขึ้นทั้งหมดในขณะนี้ถูกเก็บไว้ในมหาสมุทรนั้นเดิมทีมหาสมุทรใต้ใช้ไป แต่การวัดฟลักซ์จริงที่พื้นผิว - การแลกเปลี่ยน CO 2กลับไปกลับมาระหว่างน้ำกับอากาศที่อยู่ด้านบนตลอดทั้งปี - เป็นสิ่งที่ท้าทาย

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ได้ใช้การสังเกตค่า pH ที่นำมาจากลอยอิสระที่นำไปใช้ในมหาสมุทรใต้เพื่ออนุมานข้อมูลเกี่ยวกับฟลักซ์คาร์บอนในอากาศและน้ำทะเล ผลของความพยายามเหล่านั้นชี้ให้เห็นว่าการจมคาร์บอนในมหาสมุทรใต้อาจเล็กกว่าที่เคยคิดไว้มาก ความเป็นไปได้ที่ความเข้าใจที่แพร่หลายเกี่ยวกับบทบาทของมหาสมุทรใต้ในวัฏจักรคาร์บอนอาจเป็นเรื่องที่ผิด ทำให้เกิดการถกเถียงกันอย่างมากในชุมชนวิทยาศาสตร์ และทิ้งคำถามที่ยังไม่ได้คำตอบ รวมถึงตำแหน่งที่ CO 2ส่วนเกินจะไปหากไม่ได้ลงสู่มหาสมุทรใต้ มีการจมที่สำคัญบนบกหรือที่อื่น ๆ ในมหาสมุทรโลกที่นักวิทยาศาสตร์พลาดไปหรือไม่?

ค่าของการวัดบรรยากาศ

ในการศึกษาครั้งใหม่ ทีมวิจัยได้พยายามแก้ไขความไม่แน่นอนด้วยการดูคาร์บอนในอากาศแทนการดูในน้ำ บรรยากาศและมหาสมุทรดำรงอยู่อย่างสมดุล และพวกมันมีการแลกเปลี่ยน CO 2ออกซิเจน และก๊าซอื่นๆ ระหว่างกันอย่างต่อเนื่อง

ทีมวิจัยได้รวมการตรวจวัดทางอากาศจากโครงการภาคสนามที่แตกต่างกันสามโครงการ โดยมีการใช้งานที่ยาวนานเกือบทศวรรษ: โครงการสังเกตการณ์ขั้วโลกสู่ขั้วโลก (HIPPO) ของ HIAPER, อัตราส่วนO 2 / N 2และการศึกษา CO 2 Airborne Southern Ocean (ORCAS) และภารกิจ Atmospheric Tomography (ATom)

ในขณะที่ยังมีสถานีตรวจสอบพื้นผิวที่ตรวจวัด CO 2ในบรรยากาศเหนือมหาสมุทรใต้ แต่สถานีเหล่านี้ค่อนข้างน้อยและอยู่ไกลกัน ทำให้ยากต่อการระบุลักษณะของสิ่งที่เกิดขึ้นทั่วทั้งภูมิภาค

" สัญญาณCO 2 ในบรรยากาศเหนือมหาสมุทรใต้มีขนาดเล็กและท้าทายในการวัด โดยเฉพาะอย่างยิ่งจากสถานีผิวน้ำโดยใช้เครื่องมือต่างๆ ที่ทำงานโดยห้องปฏิบัติการต่างๆ" นักวิทยาศาสตร์ NCAR Britton Stephens ผู้เขียนร่วมของการศึกษาที่ร่วมเป็นผู้นำหรือเข้าร่วมใน แคมเปญภาคสนามทั้งหมด "แต่ด้วยชุดเครื่องมือวัดประสิทธิภาพสูงที่เราได้บินไป สัญญาณจึงโดดเด่นและชัดเจน"

ที่สำคัญ ข้อมูลจากแคมเปญเครื่องบินจับการไล่ระดับCO 2ในแนวตั้ง ตัวอย่างเช่น ในระหว่างการรณรงค์ภาคสนาม ORCAS ที่ได้รับทุนสนับสนุนจาก NSF ซึ่งเกิดขึ้นในเดือนมกราคมและกุมภาพันธ์ 2016 Stephens, Long และนักวิทยาศาสตร์คนอื่นๆ บนเครื่องบินวิจัย NSF/NCAR HIAPER Gulfstream V อาจพบว่าความเข้มข้นของCO 2ลดลงในเครื่องมือของพวกเขา ขณะที่เครื่องบินลง

"ทุกครั้งที่ GV จุ่มลงใกล้ผิวน้ำ ความปั่นป่วนเพิ่มขึ้น บ่งชี้ว่าอากาศสัมผัสกับมหาสมุทร ในช่วงเวลาที่แม่นยำเมื่อเครื่องมือCO 2 ทั้งหมดลงทะเบียนความเข้มข้นที่ลดลง" สตีเฟนส์กล่าว "คุณสัมผัสได้"

การศึกษาใหม่พบว่าการไล่ระดับนี้ค่อนข้างไวต่อฟลักซ์คาร์บอนในอากาศและทะเล ทำให้นักวิจัยมีโอกาสที่ไม่เคยปรากฏมาก่อนในการอธิบายลักษณะการดูดซับคาร์บอนของมหาสมุทรใต้

"เราต้องการข้อสังเกตที่รวมทั้งการสำรวจอย่างเข้มข้นในช่วงเวลาหนึ่งของปีและครอบคลุมรอบฤดูกาล" ลองกล่าว "นั่นคือแรงจูงใจสำหรับการรวมแคมเปญเครื่องบินหลายที่ครอบคลุมประมาณทศวรรษที่ผ่านมา. เราก็สามารถที่จะรวมเข้าด้วยกันเพื่อประเมินวัฏจักรตามฤดูกาลเฉลี่ยของ CO 2แปรปรวนในชั้นบรรยากาศ."

หลังจากที่ได้รวบรวมว่าโดยทั่วไปแล้วCO 2จะแปรผันอย่างไรในบรรยากาศในช่วงเวลาหนึ่งๆ ของปี ทีมวิจัยได้หันไปใช้แบบจำลองบรรยากาศเพื่อช่วยในการแปลโปรไฟล์บรรยากาศเป็นค่าประมาณของปริมาณ CO 2ที่มหาสมุทรดูดซับหรือ ปล่อย. ข้อสรุปของพวกเขาคือมหาสมุทรทางใต้รับคาร์บอนในฤดูร้อนมากกว่าที่สูญเสียไปในฤดูหนาวอย่างมีนัยสำคัญ โดยดูดซับ CO 2มากถึง 2 พันล้านตันในช่วงหนึ่งปี ในฤดูร้อน ดอกของสาหร่ายสังเคราะห์แสงหรือแพลงก์ตอนพืชมีบทบาทสำคัญในการขับเคลื่อนการดูดซึมCO 2สู่มหาสมุทร

ทีมวิจัยตั้งข้อสังเกตว่าโปรแกรมการสังเกตการณ์ทางอากาศในอนาคตเหนือมหาสมุทรใต้สามารถช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจว่าความสามารถของพื้นที่ในการรับคาร์บอนต่อไปอาจเปลี่ยนแปลงได้ในอนาคต กลยุทธ์การวัดผลที่คล้ายคลึงกันสามารถให้ข้อมูลที่สำคัญในภูมิภาคอื่นๆ ของโลกได้เช่นกัน

"เราได้เห็นแล้วว่าข้อสังเกตเหล่านี้มีพลังมหาศาล" ลองกล่าว "การสังเกตการณ์เครื่องบินในอนาคตอาจให้คุณค่าทางวิทยาศาสตร์ที่สูงมากสำหรับการลงทุนนี้ เป็นสิ่งสำคัญที่เราต้องจับตาดูชีพจรของวัฏจักรคาร์บอนเมื่อเราเข้าสู่ช่วงเวลาที่สังคมโลกกำลังดำเนินการเพื่อลด CO 2ในชั้นบรรยากาศ ข้อสังเกตเหล่านี้สามารถ ช่วยเราทำแค่นั้น"