Questa mappa dai dati satellitari dello studente di dottorato Shikhar Rai mostra, in blu, aree degli oceani in cui "uccisione di vortici" si traduce in una perdita netta di energia cinetica. Le aree in nero rappresentano masse di terra e regioni oceaniche con copertura di ghiaccio stagionale o permanente. Credito:Hussein Aluie
Correnti oceaniche, spinta dall'energia cinetica del vento, sono i grandi moderatori del nostro clima. Trasferendo calore dall'equatore alle regioni polari, contribuiscono a rendere abitabile il nostro pianeta.
E ancora, i modelli su larga scala utilizzati dagli scienziati per studiare questo complesso sistema non riescono a spiegare con precisione l'impatto del vento sui componenti più energetici dell'oceano:Swirling, vortici mesoscala. Queste correnti d'acqua circolari di dimensioni comprese tra 50 e 500 chilometri sono fondamentali per determinare la traiettoria di correnti oceaniche più grandi come la Corrente del Golfo.
In un giornale in Progressi scientifici , ricercatori dell'Università di Rochester e del Los Alamos National Laboratory documentano per la prima volta come il vento, che spinge correnti più grandi, ha l'effetto opposto sui vortici di dimensioni inferiori a 260 chilometri, provocando un fenomeno chiamato "uccisione di vortici".
Forniscono anche la prima misurazione diretta dell'impatto complessivo di questo vortice omicida:una perdita continua di 50 gigawatt di energia cinetica, equivalente alla detonazione di una bomba nucleare di Hiroshima ogni 20 minuti, tutto l'anno.
Migliore analisi con le osservazioni satellitari
"Per la prima volta siamo in grado di svelare l'uccisione di vortici mediante misurazione diretta da osservazioni satellitari, con ipotesi minime, " dice l'autore corrispondente Hussein Aluie, professore associato di ingegneria meccanica a Rochester.
La squadra, che comprende anche Shikhar Rai, un dottorato di ricerca studente nel gruppo di turbolenza e flusso complesso di Aluie, e gli scienziati del Los Alamos National Laboratory Matthew Hecht e Matthew Maltrud, hanno applicato un approccio a grana grossa alle immagini satellitari. Ciò ha permesso loro di separare il complesso, strutture multiscala di correnti oceaniche e vortici incorporati l'uno nell'altro.
Questo metodo fornisce un'analisi spaziale più dettagliata di quanto sia possibile con quelli utilizzati dalla maggior parte degli oceanografi, che si concentrano sulle fluttuazioni temporali, dice Aluie. Questi metodi non tengono conto dell'impatto dell'uccisione di vortici o forniscono stime estremamente variabili. "I numeri sono stati dappertutto, "dice Alui.
Aluie ha elogiato la Rai, un quinto anno di dottorato alunno, per aver fatto "tutto il lavoro pesante" per la carta. "Ci sono stati molti problemi tecnici, ma ha perseverato ed è stato in grado di capirli, " Aluie dice. "Ha un sacco di promesse e talento."
I vortici sono correnti d'acqua circolari (mostrate qui come modelli vorticosi verdi e azzurri di fioriture di fitoplancton) che svolgono un ruolo importante nel determinare le correnti oceaniche, flusso di calore, concentrazioni di sale, e upwelling di nutrienti e organismi. Credito:NASA/Goddard Space Flight Center Ocean Color
Un nuovo metodo potrebbe cambiare le sorti degli studi sulle correnti oceaniche
Gli scienziati sono a conoscenza dell'uccisione di vortici dalla fine degli anni '80 da modelli idealizzati, dice Aluie.
Il concetto di base è abbastanza semplice da visualizzare. Un vortice è come un cerchio che ruota in senso orario o antiorario. Qualsiasi vento che scorre sul vortice, però, si muoverà in una sola direzione, "aiutando" la metà del cerchio a muoversi almeno in parte nella stessa direzione, mentre ostacola l'altra metà.
Immagina di andare in bicicletta accanto a un'auto che va nella stessa direzione, proprio come il vento che scorre sulla parte del vortice che si muove nella stessa direzione. La differenza di velocità è proporzionalmente molto inferiore a quella che si verifica quando si passa davanti a un'auto che si muove nella direzione opposta, proprio come il vento che spinge contro l'altro lato del vortice. Quella differenza di velocità proporzionale spiega l'effetto netto di "uccisione" sul vortice, con conseguente estrazione di energia da parte del vento.
"Da una parte il vento fa muovere l'oceano, eppure sta uccidendo la parte di esso che è la più energica. Così, è controintuitivo e qualcosa che non era stato misurato direttamente prima perché le persone stavano usando gli strumenti sbagliati, "dice Alui.
Uno strumento migliore è importante perché rimangono molte domande su altri fattori che possono influenzare l'uccisione di vortici, e sull'importanza dei vortici in altri aspetti delle correnti oceaniche, flusso di calore, concentrazioni di sale, e upwelling di nutrienti e organismi marini, lui dice.
Si spera che il metodo dimostrato in questo articolo venga adattato dagli oceanografi per "svelare" anche questi misteri, dice Aluie.
