Enorma hål i det antarktiska vinterispaketet har dykt upp sporadiskt sedan 1970-talet, men orsaken till deras bildning har till stor del varit mystisk.
Forskare, med hjälp av flytande robotar och teknisk utrustade tätningar, kan nu ha svaret: De så kallade polynyorna (ryska för "öppet vatten") verkar vara resultatet av stormar och salt, finner ny forskning.
Polynyas har fått mycket uppmärksamhet på sistone eftersom två mycket stora öppnades i Weddellhavet 2016 och 2017; i den senare händelsen sträckte sig det öppna vattnet över 115 097 kvadrat miles (298 100 kvadratkilometer), enligt en artikel som publicerades i april i tidskriften Geophysical Research Letters.
Nu visar den mest omfattande blicken någonsin på havsförhållandena under polynyabildning att dessa öppna vattensträckor växer på grund av kortvariga klimatvariationer och särskilt otäckt väder. Polynyas släpper också mycket djup havsvärme ut i atmosfären, med konsekvenser som forskare fortfarande arbetar med.
"Det kan ändra vädermönster runt Antarktis," berättade studieledaren Ethan Campbell, en doktorand i oceanografi vid University of Washington, till Live Science. "Kanske längre."
Observera det öppna havet
Forskare misstänkte redan att stormar hade någon roll i skapandet av polynyer under de senaste åren. Ett papper som publicerades i april av atmosfäriska forskare i Journal of Geophysical Research: Atmospheres pekade på en särskilt våldsam storm med vindhastigheter upp till 72 miles per timme (117 kilometer per timme) 2017.
Men även om vinterstormarna 2016 och 2017 var extrema, är stormiga hav normen på Antarktis vintern, sa Campbell.
"Om det bara var stormar, skulle vi se polynyer hela tiden, men det gör vi inte," sade han. Istället är stora polynyer relativt sällsynta. Det fanns tre enorma under 1974, 1975 och 1976, men inget betydande igen förrän 2016.
Campbell och hans team hämtade uppgifter från två robotar med mänsklig storlek som distribuerades i Weddell Sea av National Science Foundation-finansierade projektet Södra Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling (SOCCOM). Flytarna driver i strömmarna cirka en mil under havets yta, sa Campbell och samlar in data om vattentemperatur, salthalt och kolinnehåll.
Som jämförelse använde forskarna också observationer året runt från forskningsfartyg i Antarktis och till och med vetenskapliga sälar - vilda pinnipeds utrustade med små instrument för att samla in havsdata när djuren utför sina vanliga resor.
Stormiga hav
Sammantaget förklarade dessa observationer hela historien om polynyerna 2016 och 2017. Den första ingrediensen, sade Campbell, var en del av ett klimatmönster som kallas det södra annularläget, den polära versionen av El Niño. Cambell sade att en regelbunden klimatvariation som kan bära vindar antingen längre från den antarktiska kusten, i vilket fall de blir svagare, eller närmare kusten, blir starkare. När variationen förskjuter vindarna närmare och starkare, skapar det mer uppvärmning av varmt, salt vatten från djupt i Weddellhavet till den kallare, fräschare havsytan.
Detta klimatmönster och efterföljande uppbyggnad gjorde havsytan ovanligt saltlösning 2016, sade Campbell, vilket i sin tur underlättade havsvattnet att blandas vertikalt. Vanligtvis håller skillnader i salthalt havskikten åtskilda, precis som mindre tät olja flyter ovanpå vattnet och vägrar blanda. Men eftersom havets yta var ovanligt salt, var det mindre skillnad mellan ytan och djupare vatten.
"Havet var ovanligt salt vid ytan, och det gjorde barriären för att blanda mycket svagare," sa Campbell.
Nu behövde allt hav lite rörelse. Och vintrarna 2016 och 2017 gav skeden. Stora stormar skapade vind och vågor som blandade vattnet vertikalt och tog upp varmt vatten från havsbotten som smälter havets is.
Effekterna av de polynier som bildades är fortfarande något mystiska. Forskarna fann att havets inre under dem kyldes med 0,36 grader Fahrenheit (0,2 grader Celsius). Den frisatta värmen kan förändra lokala vädermönster och till och med skifta vindar globalt, sa Campbell.
Mer angående, sade han, är att det djupa havsvatten som utsätts för atmosfären under en polynya är potentiellt kolrikt. Djupa Antarktisvatten är kyrkogården för marint liv som släpper ut kol när de förfaller. Om det kolet kommer in i atmosfären via polynya kan dessa öppna vattenöppningar bidra något till klimatförändringarna, sa Campbell.
Om polynyas gör det är fortfarande uppe i luften, sade Campbell, men den nya studien borde hjälpa forskare att fastställa fler detaljer om Antarktis förändrade klimat. Nuvarande modeller av Antarktis verkar förutsäga fler polynier än vad som existerar, säger Campbell. Klimatmodellerna kommer nu att ha mer information för att förbättra dessa förutsägelser och skapa en bättre virtuell Antarktis för att förstå klimatförändringarna.
Forskningen dök upp 10 juni i tidskriften Nature.
