Lontano dal vasto, corpi d'acqua fissi gli oceanografi pensavano che fossero un secolo fa, gli oceani oggi sono noti per essere interconnessi, agenti altamente influenti nel sistema climatico terrestre.

Un importante punto di svolta nella nostra comprensione della circolazione oceanica avvenne nei primi anni '80, quando la ricerca ha iniziato a indicare che l'acqua scorreva tra regioni remote, un concetto in seguito chiamato il "grande nastro trasportatore oceanico".

La teoria sostiene che caldo, acque poco profonde dal Pacifico meridionale sfociano negli oceani Indiano e Atlantico, dove, incontrando l'acqua gelida dell'Artico, si raffredda e affonda a grande profondità. Quest'acqua fredda poi torna indietro nel Pacifico, dove si riscalda e risale in superficie, ricominciare il ciclo.

Si è a lungo ritenuto che questa migrazione dell'acqua svolgesse un ruolo fondamentale nella circolazione dell'acqua calda, e quindi calore, in tutto il mondo. Senza esso, le stime mettono le temperature medie invernali in Europa di parecchi gradi più fresche.

Però, ricerche recenti indicano che questi percorsi dell'acqua di mare su scala globale possono svolgere un ruolo minore nel bilancio termico della Terra di quanto si pensasse tradizionalmente. Anziché, una regione potrebbe fare la maggior parte del lavoro pesante.

Un articolo pubblicato ad aprile in Geoscienze naturali di Gael Forget, uno scienziato ricercatore presso il Dipartimento della Terra del MIT, Scienze atmosferiche e planetarie (EAPS) e membro del Programma in Atmosfere, oceani, e Clima, e David Ferreira, un professore associato nel Dipartimento di Meteorologia dell'Università di Reading (ed ex postdoc EAPS), hanno scoperto che il trasporto globale di calore oceanico è dominato dall'esportazione di calore dal Pacifico tropicale.

Utilizzando un modello di circolazione oceanica all'avanguardia con set di dati oceanici globali quasi completi, i ricercatori hanno dimostrato la schiacciante predominanza del Pacifico tropicale nella distribuzione del calore in tutto il mondo, dall'equatore ai poli. In particolare, hanno scoperto che la regione esporta quattro volte più calore di quanto importa nell'Atlantico e nell'Artico.

"Non mettiamo in dubbio il fatto che ci sia molta acqua che passa da un bacino all'altro, " dice Forget. "Quello che stiamo dicendo è, l'effetto netto di questi flussi sul trasporto di calore è relativamente piccolo. Questo risultato indica che il nastro trasportatore globale potrebbe non essere il quadro più utile in cui comprendere il trasporto di calore oceanico globale".

Aggiornamento ECCO

Lo studio è stato eseguito utilizzando una versione modernizzata di un modello di circolazione oceanica globale chiamato Estimating the Circulation and Climate of the Ocean (ECCO). ECCO è il figlio del cervello di Carl Wunsch, professore emerito di oceanografia fisica EAPS, che ha immaginato la sua imponente impresa negli anni '80.

Oggi, ECCO è spesso considerato il miglior record di circolazione oceanica fino ad oggi. Recentemente, Forget ha guidato ampi aggiornamenti a ECCO, portando alla sua quarta generazione, che da allora è stato adottato dalla NASA.

Uno dei principali aggiornamenti apportati sotto la guida di Forget è stata l'aggiunta dell'Oceano Artico. Le versioni precedenti omettevano l'area a causa di un design a griglia che riduceva la risoluzione ai poli. Nella nuova versione, però, la griglia imita lo schema di una pallavolo, con sei aree di griglia equamente distribuite che coprono il globo.

Forget e i suoi collaboratori hanno anche aggiunto nuovi set di dati (su cose come il ghiaccio marino e i flussi di calore geotermici) e perfezionato il trattamento degli altri. Fare così, hanno approfittato dell'avvento degli sforzi di raccolta dati a livello mondiale, come ARGO, che da 15 anni utilizza galleggianti di profilazione autonomi in tutto il mondo per raccogliere i profili di temperatura e salinità dell'oceano.

"Questi sono buoni esempi del tipo di set di dati di cui abbiamo bisogno per informare questo problema su scala globale, ", afferma Forget. "Sono anche il tipo di set di dati che ci hanno permesso di vincolare parametri cruciali del modello".

parametri, che rappresentano eventi che si verificano su una scala troppo piccola per essere inclusi nella risoluzione finita di un modello, giocano un ruolo importante nella realisticità dei risultati del modello (in altre parole, quanto strettamente i suoi risultati corrispondono a ciò che vediamo nel mondo reale). Uno dei tanti aggiornamenti che Forget ha apportato a ECOO ha riguardato la possibilità di regolare (all'interno del modello) i parametri che rappresentano la miscelazione dell'oceano su piccola scala e mesoscala.

"Consentendo al sistema di stima di regolare quei parametri, abbiamo migliorato significativamente l'adattamento ai dati, "dice Dimentica.

L'atto di bilanciamento

Con un nuovo e migliorato quadro di base, Forget e Ferreira hanno quindi cercato di risolvere un'altra questione controversa:come misurare e interpretare al meglio il trasporto di calore oceanico.

Il trasporto di calore oceanico viene calcolato sia come prodotto della temperatura e velocità dell'acqua di mare sia come scambio di calore tra l'oceano e l'atmosfera. Come bilanciare questi eventi - lo scambio di calore dalla "sorgente per affondare" - richiede di individuare quali fattori contano di più, e dove.

Quello di Forget and Ferreira è il primo quadro che concilia sia la prospettiva atmosferica che quella oceanica. Combinando i dati satellitari, che cattura l'intersezione tra l'aria e la superficie del mare, con dati sul campo su ciò che accade sotto la superficie, i ricercatori hanno creato una rappresentazione tridimensionale di come si trasferisce il calore tra l'aria, superficie del mare, e colonne oceaniche.

I loro risultati hanno rivelato una nuova prospettiva sul trasporto del calore oceanico:la ridistribuzione netta del calore oceanico avviene principalmente all'interno dei bacini oceanici piuttosto che attraverso i percorsi globali dell'acqua di mare che compongono il grande nastro trasportatore.

Quando i ricercatori hanno rimosso dall'equazione i circuiti interni di calore dell'oceano, hanno scoperto che la ridistribuzione del calore all'interno del Pacifico era la più grande fonte di scambio termico. La Regione, hanno trovato, domina il trasferimento di calore dall'equatore ai poli in entrambi gli emisferi.

"Pensiamo che questa sia una scoperta davvero importante, " dice Forget. "Chiarisce molte cose e, auspicabilmente, ci mette, come comunità, su basi più solide in termini di migliore comprensione del trasporto di calore oceanico".

Implicazioni future

I risultati hanno profonde implicazioni su come gli scienziati possono osservare e monitorare l'oceano in futuro, dice Dimentica.

"La comunità che si occupa di trasporto di calore oceanico, dalla parte dell'oceano, tende a concentrarsi molto sull'idea che ci sia una regione di perdita, e forse trascura un po' quanto possa essere importante la regione del guadagno, "dice Dimentica.

In pratica, questo ha significato un focus sugli oceani Nord Atlantico e Artico, dove si perde calore, e meno attenzione al Pacifico tropicale, dove l'oceano prende calore. Questi punti di vista spesso dettano le priorità per il finanziamento e le strategie di osservazione, compreso il luogo in cui vengono utilizzati gli strumenti.

"A volte è un equilibrio tra mettere molte misurazioni in un posto specifico, che può costare un sacco di soldi, invece di avere un programma che cerca davvero di coprire uno sforzo globale, " dice Forget. "Queste due cose a volte competono tra loro."

Nell'articolo, Forget e Ferreira sostengono che l'osservazione prolungata dell'oceano globale nel suo insieme, non solo in alcuni luoghi e porte che separano i bacini oceanici, è fondamentale per monitorare e comprendere il trasporto di calore oceanico.

Forget riconosce anche che i risultati vanno contro alcune scuole di pensiero consolidate, ed è desideroso di continuare la ricerca nell'area e ascoltare diverse prospettive.

"Ci aspettiamo di stimolare un dibattito, e penso che sarà emozionante vedere, " dice Forget. "Se c'è un respingimento, tutto il meglio."

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.