La plate-forme de remorquage "Triaxus" traverse la surface agitée de l'océan lors d'une tempête. En remorquant une telle plate-forme avec des instruments de surveillance à travers l'eau, changer sa profondeur dans un motif « yo-yo » au fur et à mesure qu'il voyageait, les scientifiques ont créé des instantanés à haute résolution de la façon dont un colorant libéré en amont a évolué à travers le front du Gulf Stream. Crédit :Craig M. Lee, UW APL
De nouvelles recherches fournissent la première preuve directe de l'effet mélangeur du Gulf Stream, l'identification d'un nouveau mécanisme de mélange d'eau à travers le courant rapide. Les résultats ont des implications importantes pour la météo, le climat et la pêche, car le mélange océanique joue un rôle essentiel dans ces processus. Le Gulf Stream est l'un des principaux moteurs du climat et de la productivité biologique de la Floride à Terre-Neuve et le long de la côte ouest de l'Europe.
L'étude multi-institutionnelle dirigée par un chercheur de l'Université du Maryland a révélé que le barattage le long des bords du Gulf Stream sur des zones aussi petites qu'un kilomètre pourrait être une source majeure de mélange océanique entre les eaux de chaque côté du courant. L'étude a été publiée dans le Actes de l'Académie nationale des sciences le 6 juillet, 2020.
"Ce débat de longue date sur la question de savoir si le Gulf Stream agit comme un mélangeur ou une barrière au mélange océanique a principalement pris en compte les grands tourbillons océaniques, des dizaines de kilomètres à une centaine de kilomètres de diamètre, " dit Jacob Wenegrat, professeur adjoint au département des sciences atmosphériques et océaniques de l'UMD et auteur principal de l'étude. "Ce que nous ajoutons à ce débat, c'est cette nouvelle preuve que la variabilité à l'échelle du kilomètre semble faire beaucoup de mélange. Et ces échelles sont vraiment difficiles à surveiller et à modéliser."
Alors que le Gulf Stream remonte la côte est des États-Unis et du Canada, il apporte de l'eau salée chaude des tropiques dans l'Atlantique nord. Mais le courant crée également un mur d'eau invisible qui divise deux régions océaniques distinctes :la plus froide, des eaux plus douces le long du bord nord du Gulf Stream qui tourbillonnent dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, et le plus chaud, des eaux plus salées sur le bord sud du courant qui circulent dans le sens des aiguilles d'une montre.
Une équipe de recherche a déployé un flotteur du R/V Knorr avant de libérer un colorant fluorescent dans l'eau. Les scientifiques ont ensuite suivi la dérive du colorant et du flotteur dans le Gulf Stream, révélant un mélange important des eaux à travers le courant rapide. Crédit :Craig M. Lee, UW APL
La quantité de mélange océanique qui se produit à travers le Gulf Stream a fait l'objet d'un débat scientifique. Par conséquent, modèles océaniques qui prédisent le climat, les conditions météorologiques et la productivité biologique n'ont pas pleinement pris en compte la contribution du mélange entre les deux types d'eau très différents de part et d'autre du courant.
Pour mener l'étude, les chercheurs ont dû ramener leurs instruments à la source :le bord du Gulf Stream. Deux équipes de scientifiques à bord de deux navires de recherche de classe mondiale ont bravé les tempêtes hivernales sur l'océan Atlantique pour libérer un colorant fluorescent le long du front nord du Gulf Stream et tracer son chemin au cours des jours suivants.
La première équipe a libéré le colorant avec un flotteur contenant une balise acoustique. En aval, la deuxième équipe a suivi le flotteur et surveillé la concentration de colorant ainsi que la température de l'eau, salinité, la chimie et d'autres caractéristiques.
De retour sur le rivage, Wenegrat et ses coauteurs ont développé des simulations à haute résolution des processus physiques qui pourraient provoquer la dispersion du colorant dans l'eau de la manière enregistrée par les équipes de terrain. Leurs résultats ont montré que la turbulence sur des zones aussi petites qu'un kilomètre exerçait une influence importante sur le trajet du colorant et entraînait un mélange important des propriétés de l'eau telles que la salinité et la température.
Le colorant fluorescent offre un moyen unique de suivre l'évolution et le mélange de l'eau à travers le Gulf Stream. Dans une étude récente, un colorant à base de fluorescéine (comme illustré ici) a été libéré le long de la paroi nord du Gulf Stream, et suivi par navire alors qu'il se mélangeait horizontalement à travers le courant. Crédit :Lance Wills, QUI
« Ces résultats soulignent le rôle de la variabilité à de très petites échelles qui sont actuellement difficiles à observer avec des méthodes standards, comme les observations satellitaires, " La variabilité à cette échelle n'est pas actuellement résolue dans les modèles climatiques mondiaux et ne le sera pas avant des décennies, alors cela nous amène à nous demander, qu'avons-nous manqué ?"
En montrant qu'un mélange à petite échelle à travers le Gulf Stream peut avoir un impact significatif, la nouvelle étude révèle une importante, contributeur sous-estimé à la circulation océanique, la biologie et potentiellement le climat.
Par exemple, le Gulf Stream joue un rôle important dans ce qu'on appelle la pompe biologique océanique, un système qui piège l'excès de dioxyde de carbone, protéger la planète du réchauffement climatique. Dans les eaux de surface de la région du Gulf Stream, le mélange océanique influence la croissance du phytoplancton, la base de la chaîne alimentaire océanique. Ce phytoplancton absorbe le dioxyde de carbone près de la surface et tombe ensuite au fond, emportant du carbone avec eux et le piégeant dans les profondeurs de l'océan. Les modèles actuels de la pompe biologique océanique ne tiennent pas compte de l'effet important que le mélange à petite échelle à travers le Gulf Stream pourrait avoir sur la croissance du phytoplancton.
"Pour progresser sur ce point, nous devons trouver des moyens de quantifier ces processus à une échelle plus fine en utilisant la théorie, modèles numériques de pointe et nouvelles techniques d'observation, " a déclaré Wenegrat. "Nous devons être en mesure de comprendre leur impact sur la circulation à grande échelle et la biogéochimie de l'océan."
Le document de recherche, "Mélange amélioré à travers la limite du gyre au front du Gulf Stream, " Jacob O. Wenegrat, Leif N. Thomas, Miles A. Sundermeyer, John R. Taylor, Eric A. D'Asaro, Jody M. Klymak, R. Kipp Shearman, et Craig M. Lee, a été publié le 6 juillet numéro 2020 du Actes de l'Académie nationale des sciences .
