Ventilation age and remineralisation rates in polar and sub-polar regions as an indicator for climate change

I de Nordiske hav viser middelverdier av vannmassealdrer for 1990-tall og 2000-tall en tydelig økt ventilasjon av de ovre 1000-1500 m, samtidig som dype lager har blitt klart eldre. Det senere er en kombinasjon av at ventilasjonsprosesser ikke har gått dypt nok, og at havsirkulasjon har omfordelt vannmasser og dermed endret deres karakterer. Ventilasjonen av de ovre lagrene er til stor del knyttet til vertikalblanding i Grønlandshavet, som resulterer i en intermediær vannmasse med høy tetthet. Spredning av denne vannmassen til andre bassengene i området har ventilert intermediære lager i store deler av regionen. I en publisert studie fra prosjektet finner vi en tydelig kobling mellom endringer i salt og temperatur i Atlantervann som strømmer inn i de Nordiske hav rundt Færøyene og endringer i de øverste lager i Grønlandshavet, med tre års tidsforskjell. Altså tar det tre år for Atlantervannet og komme inn i og påvirke Grønlandshavet. I en annen publisert studie brukte vi jordsystemmodellen NorESM for å evaluere den metode vi bruker for å bestemme alder på vannmasser, og konsentrasjonen menneskeskapt CO2 (C-ant). Den viser at de største usikkerhetene ligger i antagelser om konstant blandingsforhold, konstant full mettnad av de transiente sporstoffer vi bruker, samt konstant ujevnvikt i CO2 mellom luft og hav. Disse antagelsene gir sammen en total usikkerhet på 16% for totalt opptatt C-ant i havet. Analysen viser at denne usikkerheten kan minskes til 9% hvis vi justerer disse antagelsene til noe mer realistisk. Modellen gav blandingsforhold i de Nordiske hav og Arktiske Osean som er noe levere enn hva som ofte brukes. Vi gjennomførte også en nøyaktig analyse av blandingsforhold i den Arktiske Osean fra observerte data, og fant regionale forskjeller, samt at det generelt er ulike forhold på ulike dyp. Med fokus på 2002 i de Nordiske hav og 2005 i den Arktiske Osean evaluerte vi remineraliseringshastigheter og koblete karbonflukser i området. Det var en tydelig forskjell mellom ulike bassenger, der de høyeste fluksene ble funnet i Grønlandshavet og Lofotenbassenget. Disse to bassenger er de som viser størst vertikal blanding av alle bassenger i de Nordiske hav eller Arktiske Osean, men der helt forskjellige prosesser styr. Sett fra tidlig 80-tall til 2016 i Grønlandshavet så er det en kontinuerlig øking i mengden C-ant i de øvre 2000 m, men at størrelsen er sterk koblet til ventilasjonsdyp. 90-tallet hadde en mye svakere ventilasjon enn under tidlig 80-tall, men grunnet økingen i C-ant i atmosfæren så økte mengden som ble tatt opp i havet. I begynnelsen av 2000-tallet ble ventilasjonen styrket, og nådde mye større dyp enn på 90-tallet, noe som generelt holdt seg gjennom hele 2000-tallet. Der er tydelig at den største økingen i C-ant er observert dypere og dypere fra tidlig 90-tall, til 2002, og videre til 2009. I 2016 er den største økingen på 1800-1900 m dyp, som kan kobles til en mer dypgående ventilasjon. De andre bassengene i de Nordiske hav har ikke like mye data. I Islandshavet, med data frem til 2002, så er den tydeligste økingen fra tidlig 90-tall til 2002, for alle dyp. I Norskehavet er det ulike utvikling mellom de to bassengene. Norskebassenget har en klar øking i de ovre 2000 m fra 1982 til 1993, men kun de ovre 1000 m viser en øking fra 1993 til 2002. Lofotenbassenget har en sterkere kobling til Grønlandshavet, og viser også en lignende øking fra 1982 til 1993 som i Grønlandshavet, for de ovre 1000 m, og fra 1993 til 2002 for de ovre 2000 m. For den Arktiske Osean har mengden C-ant økt med 40% fra sluttet på 80-tallet til 2015. Derimot er økingen ikke markant mellom 2005 og 2015, hvilket kan tyde på at ventilasjonen varierer over tid, men også regionalt. Modellsimulering av de Nordiske hav for fremtida lav respektive høy CO2-scenario viser at opptaket av CO2 fra atmosfæren øker stadig frem til år 2100, for begge scenario, medens det globalt stabiliseres for lav scenario (altså for redusert øking av totalt CO2-utslipp). I tillegg øker opptaket mer enn det som lagres i området, spesielt for det lave scenario, samtidig som det er en global minking for både lav og høy scenario. Dette viser at de Nordiske hav er et område som kan være veldig sensitiv for fremtida endringer i karbonutslipp.

VENTILATE har bidratt til økt forståelse av - alder og endringer i ventilasjon i de Nordiske hav - intermediære vann i de Nordiske hav, noe som allerede blitt sitert et par ganger - usikkerhetene i den metode vi bruker for å estimere aldrer og menneskeskapt karbon - koblingen mellom innstrømmende Atlantervann og konveksjon i Grønlandshavet - endring i menneskeskapt karbon i de Nordiske hav og i den Arktiske Osean - remineralisering og koblede karbonflukser i de Nordiske og Arktiske havene - fremtida endringer i opptak og lagring av karbon i de Nordiske hav i ulike CO2-scenario Denne økte kunnskapen er et viktig bidrag til et brett fagområde relatert til hav og klima, noe som kan bidra til forbedringer av jordsystemmodeller, der spesielt ventilasjon og konveksjon ofte er dårlig beskrevet. Den nye kunnskapen av remineralisering fyller et kunnskapshull for de Nordiske hav, og er et viktig bidrag til alle som er opptatt av karbonsyklus og biologiske prosesser i de nordlige hav.

VENTILATE applies for funding for observational and model based multi-parameter studies of physical and biological processes of importance for the oceanic carbon fluxes in the Arctic Ocean and the Nordic Seas. The work is divided in three workpackages : WP1: Recent changes in the Nordic Seas and the Arctic Ocean ventilation WP2: Oceanic carbon fluxes inferred from tracers WP3: Present and future water mass evolution in the Nordic Seas The work will be interdisciplinary, utilizing observational data (tracer, biogeochemical, hydrographical) and model data outputs. We will utilize historical and recent data from large observational databases (CARINA, GLODAPv2), from recent cruises, and new data collected during the project. The full range of data used in the project, and management of these, are described in a separate data management attachment. The approaches in the project offer new results and significant increased understanding of the links between climate variability and variability in physical and biological processes relevant for the oceanic carbon cycle in the Nordic Seas and the Arctic Ocean.