一隻被標記過的海象在南極的法國領土Kerguelen島上曬太陽。海象被標記為法國國家科學研究中心(CNRS)一項名為SO-MEMO(觀察系統-哺乳動物海洋環境採樣器)的研究項目的一部分。當海豹上岸繁殖或蛻皮時，標籤——實際上是帶有天線的傳感器——根據既定的道德標準被粘在海豹的頭上。當海豹返回陸地時，研究人員取下標籤來獲取數據。如果它們錯過了一個標籤，它會在下一個蛻皮季節隨著死皮一起脫落。
南極繞極洋流環繞南極洲，連接大西洋、太平洋和印度洋。它是我們氣候系統中最重要的洋流之一，因為它促進了與之相連的海洋之間的熱量和其他性質的交換。
但是，目前還不完全了解洋流是如何把熱量，特別是從海洋的頂層垂直地傳到底層，反之亦然。這種水流非常湍急，產生的漩渦——類似於大氣中的風暴——直徑在30到125英裡(50到200公裡)之間。它還跨越了大約13000英裡(21000公裡)，穿過世界上一個特別遙遠和荒涼的地方，使它成為科學家——至少是人類——觀察和測量最困難的洋流之一。
利婭·西格爾曼(Lia Siegelman)是加利福尼亞州帕薩迪納市(Pasadena)美國國家航空航天局(NASA)噴氣推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory)的一名訪問科學家。
這隻海豹裝備了一個讓人聯想起小帽子的特殊傳感器，在三個月的航程中，它遊了3000多英裡(4800公裡)，其中大部分是通過南極環極洋流湍急、渦流豐富的水域。在這段時間裡，海豹每天在550到1090碼(500到1000米)的深度潛水約80次。與此同時，它收集了一系列連續的數據，為研究在這個不穩定區域海洋層之間熱量的垂直移動提供了新的視角——這種視角使我們更接近於了解海洋能夠吸收多少來自太陽的熱量。
這張3D示意圖展示了被標記的海象如何通過長距離遊泳和在南極洲附近的湍流水域潛入深海來收集數據。衛星數據被用來識別海豹遊過的水域的特徵。藍色代表寒冷、稠密的水。紅色區域密度較低，通常較溫暖。
最近，Siegelman和她的合作者在《自然地球科學》雜誌上發表了一篇新論文，他們將海豹的數據與衛星測高數據結合起來。海洋表面的衛星數據顯示了漩渦在洋流中的位置，以及海豹遊過的漩渦。通過分析這些數據集，科學家們特別關注了較小的海洋特徵在垂直熱傳輸中的作用。Siegelman對結果感到驚訝。
她說：「已知這些中等大小的渦流會推動小尺度鋒的產生——水密度的突然變化類似於大氣中的冷鋒和暖鋒。」「我們發現，這些鋒面明顯深入海洋內部約500米(550碼)，而不像許多研究表明的那樣只在表層，而且它們在垂直熱量傳輸中發揮了積極作用。」
根據Siegelman的說法，他們的分析表明這些鋒面就像管道一樣，將海洋內部的大量熱量輸送回表面。她說：「目前大多數的模型研究表明，在這些情況下，熱量會從海洋表面轉移到海洋內部，但根據海豹提供的新觀測數據，我們發現情況並非如此。」
海洋表層只能吸收有限的熱量，然後自然過程，如蒸發和降水，開始冷卻它。當深海鋒把熱量送到表面時，熱量使表層升溫，並將其推近其熱閾值。所以從本質上說，在有這種動力存在的區域，海洋不能像其他地方那樣從太陽吸收那麼多的熱量。
目前的氣候模型和那些用來估計地球熱量收支的模型並沒有考慮到這些小範圍海洋鋒的影響，但是論文的作者認為它們應該考慮。
Siegelman說：「對這些小規模鋒面的不準確描述可能大大低估了從海洋內部轉移回海洋表面的熱量，因此，可能高估了海洋能夠吸收的熱量。」「這可能對我們的氣候和海洋在通過吸收大部分熱量抵消全球變暖影響方面的作用產生重要影響。」
科學家們說，這種現象也可能存在於海洋的其他湍流區，包括大西洋的墨西哥灣流和北太平洋的黑潮。
儘管他們的研究結果意義重大，Siegelman說，還需要更多的研究來充分理解和量化這些前沿可能對全球海洋和氣候系統的長期影響。例如，這項研究是基於春末夏初的觀察。結果可能在冬季更為明顯，此時這些小規模鋒面趨向於更強。這一研究機構還將受益於其他地點的其他研究。