Le Beaufort Gyre est un énorme, Une piscine de froid tourbillonnant de 600 miles de large, l'eau douce de l'océan Arctique, juste au nord de l'Alaska et du Canada. En hiver, ce courant est recouvert d'une épaisse calotte de glace. Chaque été, comme la glace fond, le tourbillon exposé rassemble la glace de mer et le ruissellement des rivières, et le tire vers le bas pour créer un immense réservoir d'eau douce glaciale, égal au volume de tous les Grands Lacs réunis.

Les scientifiques du MIT ont maintenant identifié un mécanisme clé, qu'ils appellent le « gouverneur des glaces des océans », " qui contrôle la vitesse de rotation du Beaufort Gyre et la quantité d'eau douce qu'il stocke. Dans un article publié aujourd'hui dans Lettres de recherche géophysique , les chercheurs rapportent que la couverture de glace de l'Arctique fixe essentiellement une limite de vitesse sur la rotation du gyre.

Au cours des deux dernières décennies, alors que les températures ont augmenté dans le monde, la glace estivale de l'Arctique s'est progressivement rétrécie. L'équipe a constaté que, avec moins de glace disponible pour contrôler la rotation du Beaufort Gyre, le courant s'est accéléré ces dernières années, accumulant plus de glace de mer et s'étendant à la fois en volume et en profondeur.

Si les températures mondiales continuent de grimper, les chercheurs s'attendent à ce que le mécanisme régissant la rotation du gyre diminue. Sans régulateur pour limiter sa vitesse, les chercheurs disent que le gyre passera probablement à "un nouveau régime" et finira par déborder, comme une baignoire qui déborde, libérant d'énormes volumes de froid, l'eau douce dans l'Atlantique Nord, qui pourraient affecter le climat mondial et la circulation océanique.

"Cette couverture de glace changeante dans l'Arctique modifie le système qui anime le gyre de Beaufort, et changer sa stabilité et son intensité, " dit Gianluca Meneghello, chercheur au Département de la Terre du MIT, Sciences atmosphériques et planétaires. « Si toute cette eau douce est libérée, cela affectera la circulation de l'Atlantique."

Meneghello est co-auteur de l'article, avec John Marshall, le professeur Cecil et Ida Green d'océanographie, Jean-Michel Campin et Edward Doddridge du MIT, et Mary-Louise Timmermans de l'Université de Yale.

Un "nouvel océan Arctique"

Il y a eu une poignée de fois dans le passé enregistré où le Beaufort Gyre a débordé, à commencer par la Grande Anomalie de Salinité à la fin des années 1960, quand le tourbillon a envoyé une vague de froid, eau douce vers le sud. L'eau douce a le potentiel d'atténuer la circulation de renversement de l'océan, affectant les températures de surface et peut-être les tempêtes et le climat.

Des événements similaires pourraient se produire si la glace arctique contrôlant la rotation du gyre de Beaufort continue de reculer chaque année.

"Si ce gouverneur de l'océan glacé s'en va, alors nous nous retrouverons avec un nouvel océan Arctique, " dit Marshall.

"La nature a un gouverneur naturel"

Les chercheurs ont commencé à étudier la dynamique du gyre de Beaufort il y a plusieurs années. À ce moment-là, ils ont utilisé des mesures prises par des satellites entre 2003 et 2014, suivre le mouvement de la couverture de glace arctique, avec la vitesse du vent arctique. Ils ont utilisé ces mesures de la vitesse de la glace et du vent pour estimer à quelle vitesse le gyre de Beaufort doit descendre, ou filer sous la glace. Mais le nombre qu'ils ont trouvé était beaucoup plus petit que ce à quoi ils s'attendaient.

"Nous pensions qu'il y avait une erreur de codage, " se souvient Marshall. " Mais il s'est avéré qu'il y avait quelque chose d'autre qui s'est retourné. " En d'autres termes, il doit y avoir un autre mécanisme qui était limitatif, ou au ralenti, la rotation du gyre.

L'équipe a recalculé la vitesse du gyre, cette fois en incluant des estimations de l'activité des courants océaniques dans et autour du gyre, qu'ils ont déduit des mesures satellitaires des hauteurs de la surface de la mer. La nouvelle estimation, Meneghello dit, était "beaucoup plus raisonnable".

Dans ce nouveau papier, les chercheurs ont étudié l'interaction de la glace, vent, et les courants océaniques plus en profondeur, en utilisant une haute résolution, représentation idéalisée de la circulation océanique basée sur le modèle de circulation générale du MIT, construit par le groupe de Marshall. Ils ont utilisé ce modèle pour simuler l'activité saisonnière du gyre de Beaufort alors que la glace arctique s'étend et recule chaque année.

Ils ont découvert qu'au printemps, alors que la glace arctique fond, le gyre est exposé au vent, qui agit pour fouetter le courant océanique, la faisant tourner plus vite et puiser plus d'eau douce dans le ruissellement des rivières de l'Arctique et la fonte des glaces. En hiver, à mesure que la calotte glaciaire de l'Arctique s'étend, la glace sert de couvercle, protégeant le gyre des vents rapides. Par conséquent, le tourbillon tourne contre la face inférieure de la glace et finit par ralentir.

"La glace se déplace beaucoup plus lentement que le vent, et quand le tourbillon atteint la vitesse de la glace, À ce point, il n'y a pas de friction - ils tournent ensemble, et il n'y a rien qui applique une contrainte [pour accélérer le gyre], " dit Meneghello. " C'est le mécanisme qui régit la vitesse du gyre. "

« Dans les systèmes mécaniques, le gouverneur, ou limiteur, intervient quand les choses vont trop vite, " Marshall ajoute. " Nous avons découvert que la nature a un gouverneur naturel dans l'Arctique. "

Marshall et Meneghello notent que, alors que les températures arctiques ont augmenté au cours des deux dernières décennies, et la glace d'été a rétréci avec chaque année, la vitesse du gyre de Beaufort a augmenté. Ses courants sont devenus plus variables et imprévisibles, et ne sont que légèrement ralentis par le retour des glaces en hiver.

« À un moment donné, si cette tendance se poursuit, le tourbillon ne peut pas avaler toute cette eau fraîche qu'il puise, " dit Marshall. Finalement, la digue se brisera probablement et le tourbillon éclatera, libérant des centaines de milliards de gallons de froid, l'eau douce dans l'Atlantique Nord.

Un tourbillon de Beaufort de plus en plus instable pourrait également perturber l'halocline de l'Arctique, la couche d'eau océanique sous-jacente à l'eau douce froide du tourbillon, qui l'isole de beaucoup plus profond, plus chaud, et de l'eau plus salée. Si l'halocline est affaiblie d'une manière ou d'une autre par un gyre plus instable, cela pourrait favoriser la montée des eaux plus chaudes, faire fondre davantage la glace arctique.

"Cela fait partie de ce que nous voyons dans un monde qui se réchauffe, " dit Marshall. " Nous savons que les températures moyennes mondiales augmentent, mais les températures arctiques montent encore plus. L'Arctique est donc très vulnérable aux changements climatiques. Et nous allons vivre une période où le gouverneur s'en va, essentiellement."

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.