Le temperature della superficie del mare nei tropici hanno una grande influenza sul clima nei tropici e nei continenti adiacenti. Per esempio, determinano la posizione della zona di convergenza intertropicale e l'inizio e la forza del monsone dell'Africa occidentale. Perciò, è importante comprendere la variabilità delle temperature della superficie del mare per le previsioni climatiche. Fino ad ora, il ciclo stagionale della temperatura superficiale del mare nell'Atlantico settentrionale tropicale non poteva essere sufficientemente spiegato. "Più precisamente, la superficie del mare è più fredda di quanto previsto dalla combinazione di precedenti osservazioni dirette della radiazione solare, correnti e mescolanze, soprattutto nei mesi estivi da luglio a settembre, " spiega la dott.ssa Rebecca Hummels del GEOMAR Helmholtz Center for Ocean Research Kiel e prima autrice di uno studio ora pubblicato in Comunicazioni sulla natura .

Le osservazioni effettuate sulla nave con la nave da ricerca tedesca METEOR nel settembre 2015 hanno fornito le prime misurazioni di un forte evento di rimescolamento turbolento sotto la superficie del mare, dove la miscelazione era fino a un fattore 100 superiore a quanto precedentemente osservato in questa posizione. "Quando abbiamo notato la turbolenza notevolmente aumentata nella colonna d'acqua durante l'elaborazione dei dati, inizialmente sospettavamo un malfunzionamento dei nostri sensori, "dice il dottor Marcus Dengler, coautore dello studio. "Ma quando abbiamo notato anche forti correnti sulla superficie dell'oceano, siamo diventati curiosi." Proprio questi eventi possono spiegare le temperature più basse sulla superficie dell'oceano.

"Siamo stati in grado di isolare il processo alla base di questo forte evento di mixaggio, che durò solo pochi giorni, " spiega il dottor Hummels. "È una cosiddetta onda inerziale, che è un evento di flusso molto breve ma intenso, " Continua Hummels. Le onde inerziali sono fenomeni ondulatori orizzontali in cui la corrente in superficie ruota in senso orario nel tempo, mentre il movimento decade rapidamente con l'aumentare della profondità. Le diverse velocità in superficie e nello strato sottostante causano instabilità e infine il mescolamento tra l'acqua calda nello strato superficiale e l'acqua più fredda sottostante. Tali onde inerziali possono essere causate da brevi variazioni dei venti vicini alla superficie. Fino ad ora, in genere in questa regione sono state osservate solo deboli correnti e gli alisei piuttosto costanti in questo periodo dell'anno non hanno suggerito eventi di mescolamento particolarmente forti. Però, le variazioni del vento sono cruciali per innescare queste onde nell'alto oceano. I venti non devono essere particolarmente forti, ma idealmente dovrebbe ruotare allo stesso modo delle correnti oceaniche. Poiché tali fluttuazioni del vento sono relativamente rare e durano solo pochi giorni, non è stato ancora possibile misurare un fenomeno ondulatorio così forte con il forte mescolamento associato in questa regione.

Dopo la scoperta di questo evento durante la crociera METEOR nel settembre 2015, gli scienziati di Kiel volevano saperne di più sulla frequenza e sull'impatto effettivo di tali eventi. "Attraverso l'analisi dei dati basata su modelli, siamo riusciti a contestualizzare le osservazioni in situ, " spiega il co-autore Dr. Willi Rath della Research Unit Ocean Dynamics presso GEOMAR. "Insieme, abbiamo scansionato 20 anni di osservazioni globali del vento alla ricerca di eventi simili innescati da fluttuazioni del vento e descritto la loro presenza nella regione e durante il corso dell'anno, " Aggiunge il Dr. Rath. Questo ha supportato l'ipotesi che la distribuzione temporale e spaziale di tali eventi possa effettivamente spiegare il divario nel bilancio termico dell'oceano superiore.

Anche il forte rimescolamento turbolento causato dalle onde inerziali alla base dello strato superficiale è cruciale per la biologia:ad esempio, l'acqua fredda che viene mescolata allo strato superficiale durante un tale evento porta anche nutrienti dagli strati più profondi nell'oceano superiore penetrato dalla luce solare. "Questo spiega anche la presenza finora in gran parte inspiegabile di fioriture di clorofilla in questa regione, che ora potrebbe essere attribuito anche all'aumento stagionale di queste onde inerziali, " spiega il dottor Florian Schütte, anche co-autore dello studio.

Le misurazioni della nave nell'Atlantico tropicale sono state effettuate in stretta collaborazione con il programma internazionale PIRATA. Da più di 20 anni, le boe di superficie PIRATA hanno fornito dati preziosi per studi sull'interazione oceano-atmosfera, che sono stati utilizzati anche per questo studio. "Infatti, le misure di miscelazione intensiva sono derivate da un guasto nel sistema idraulico del METEOR, che rendeva allora impossibili altre misurazioni, " dice il Prof. Dr. Peter Brandt, capo scienziato della spedizione. Nonostante le boe e le serie di spedizioni navali in questa regione, si stanno ancora scoprendo nuovi fenomeni, a volte per caso, che fanno avanzare decisamente la nostra comprensione del clima tropicale.