Il Beaufort Gyre è un enorme, una pozza di freddo vorticoso larga 600 miglia, acqua dolce nell'Oceano Artico, appena a nord dell'Alaska e del Canada. In inverno, questa corrente è ricoperta da una spessa coltre di ghiaccio. Ogni estate, mentre il ghiaccio si scioglie, il vortice esposto raccoglie il ghiaccio marino e il deflusso del fiume, e lo tira verso il basso per creare un enorme serbatoio di acqua fresca e gelida, pari al volume di tutti i Grandi Laghi messi insieme.

Gli scienziati del MIT hanno ora identificato un meccanismo chiave, che chiamano il "governatore dell'oceano di ghiaccio, " che controlla la velocità di rotazione del Beaufort Gyre e la quantità di acqua dolce che immagazzina. In un articolo pubblicato oggi su Lettere di ricerca geofisica , i ricercatori riferiscono che la copertura di ghiaccio dell'Artico stabilisce essenzialmente un limite di velocità sulla rotazione del gyre.

Negli ultimi due decenni, poiché le temperature sono aumentate a livello globale, il ghiaccio estivo dell'Artico si è progressivamente ridotto di dimensioni. Il team ha osservato che, con meno ghiaccio disponibile per controllare lo spin del Beaufort Gyre, la corrente si è accelerata negli ultimi anni, raccogliendo più ghiaccio marino ed espandendosi sia in volume che in profondità.

Se le temperature globali continuano a salire, i ricercatori si aspettano che il meccanismo che governa lo spin del gyre diminuirà. Senza un governatore che ne limiti la velocità, i ricercatori affermano che il vortice probabilmente si trasformerà in "un nuovo regime" e alla fine si riverserà, come una vasca da bagno traboccante, rilasciando enormi quantità di freddo, acqua dolce nell'Atlantico settentrionale, che potrebbero influenzare il clima globale e la circolazione oceanica.

"Questo cambiamento della copertura di ghiaccio nell'Artico sta cambiando il sistema che sta guidando il Beaufort Gyre, e cambiando la sua stabilità e intensità, "dice Gianluca Meneghello, uno scienziato ricercatore nel Dipartimento della Terra del MIT, Scienze dell'atmosfera e planetarie. "Se tutta questa acqua fresca viene rilasciata, influenzerà la circolazione dell'Atlantico."

Meneghello è coautore del paper, insieme a John Marshall, il Cecil e Ida Green Professore di Oceanografia, Jean-Michel Campin e Edward Doddridge del MIT, e Mary-Louise Timmermans dell'Università di Yale.

Un "nuovo Oceano Artico"

Ci sono state una manciata di volte nel passato documentato in cui il Beaufort Gyre si è rovesciato, a partire dalla Grande Anomalia di Salinità alla fine degli anni '60, quando il gyre ha inviato un'ondata di freddo, acqua dolce verso sud. L'acqua dolce ha il potenziale per smorzare la circolazione rovesciata dell'oceano, che influenzano le temperature superficiali e forse le tempeste e il clima.

Eventi simili potrebbero verificarsi se il ghiaccio artico che controlla la rotazione del Beaufort Gyre continua a ritirarsi ogni anno.

"Se questo governatore dell'oceano ghiacciato se ne va, allora ci ritroveremo fondamentalmente con un nuovo Oceano Artico, "dice Marshall.

"La natura ha un governatore naturale"

I ricercatori hanno iniziato a esaminare le dinamiche del Beaufort Gyre diversi anni fa. A quel tempo, hanno utilizzato misurazioni effettuate dai satelliti tra il 2003 e il 2014, per tracciare il movimento della copertura di ghiaccio artico, insieme alla velocità del vento artico. Hanno usato queste misurazioni della velocità del ghiaccio e del vento per stimare la velocità con cui il Beaufort Gyre deve scendere, o roteando sotto il ghiaccio. Ma il numero che hanno tirato fuori era molto più piccolo di quello che si aspettavano.

"Pensavamo ci fosse un errore di codifica, "Ricorda Marshall. "Ma si è scoperto che c'era qualcos'altro che si stava riprendendo." In altre parole, ci deve essere qualche altro meccanismo che era limitante, o rallentando, la rotazione del gyre.

Il team ha ricalcolato la velocità del gyre, questa volta includendo le stime dell'attività della corrente oceanica dentro e intorno al vortice, che hanno dedotto dalle misurazioni satellitari delle altezze della superficie del mare. La nuova stima, Meneghello dice, era "molto più ragionevole".

In questo nuovo documento, i ricercatori hanno studiato l'interazione del ghiaccio, vento, e le correnti oceaniche più in profondità, utilizzando un'alta risoluzione, rappresentazione idealizzata della circolazione oceanica basata sul modello di circolazione generale del MIT, costruito dal gruppo di Marshall. Hanno usato questo modello per simulare l'attività stagionale del Beaufort Gyre mentre il ghiaccio artico si espande e si ritira ogni anno.

Hanno scoperto che in primavera, mentre il ghiaccio artico si scioglie, il gyre è esposto al vento, che agisce per sollevare la corrente oceanica, facendolo girare più velocemente e attirando più acqua dolce dal deflusso del fiume dell'Artico e dallo scioglimento del ghiaccio. In inverno, mentre la calotta glaciale artica si espande, il ghiaccio fa da coperchio, proteggendo il vortice dai venti veloci. Di conseguenza, il gyre gira contro la parte inferiore del ghiaccio e alla fine rallenta.

"Il ghiaccio si muove molto più lentamente del vento, e quando il vortice raggiunge la velocità del ghiaccio, a questo punto, non c'è attrito:ruotano insieme, e non c'è niente che applica uno stress [per accelerare il vortice], " dice Meneghello. "Questo è il meccanismo che governa la velocità del gyre."

"Nei sistemi meccanici, il governatore, o limitatore, entra in gioco quando le cose stanno andando troppo velocemente, " Aggiunge Marshall. "Abbiamo scoperto che la natura ha un governatore naturale nell'Artico".

Marshall e Meneghello osservano che, poiché le temperature artiche sono aumentate negli ultimi due decenni, e il ghiaccio estivo si è ridotto ogni anno, la velocità del Beaufort Gyre è aumentata. Le sue correnti sono diventate più variabili e imprevedibili, e sono solo leggermente rallentati dal ritorno del ghiaccio in inverno.

"Ad un certo punto, se questa tendenza continua, il vortice non può ingoiare tutta quest'acqua fresca che sta tirando giù, " dice Marshall. Alla fine, l'argine probabilmente si romperà e il vortice esploderà, rilasciando centinaia di miliardi di galloni di freddo, acqua dolce nell'Atlantico settentrionale.

Un Beaufort Gyre sempre più instabile potrebbe anche interrompere l'aloclino dell'Artico, lo strato di acqua oceanica sottostante l'acqua dolce fredda del gyre, che lo isola da molto più profondo, più caldo, e acqua più salata. Se l'aloclino è in qualche modo indebolito da un vortice più instabile, questo potrebbe incoraggiare la risalita di acque più calde, sciogliendo ulteriormente il ghiaccio artico.

"Questo è parte di ciò che stiamo vedendo in un mondo in via di riscaldamento, "Dice Marshall. "Sappiamo che le temperature medie globali stanno salendo, ma le temperature artiche stanno salendo ancora di più. Quindi l'Artico è molto vulnerabile ai cambiamenti climatici. E vivremo un periodo in cui il governatore se ne andrà, essenzialmente."

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un popolare sito che copre notizie sulla ricerca del MIT, innovazione e didattica.