Z powodu globalnego ocieplenia w górnej warstwie oceanu gromadzi się coraz więcej ciepłej wody, a to z kolei zakłóca cyrkulację w oceanie, co ma decydujący wpływ na klimat i stan życia morskiego. Ta ciepła warstwa wody o mniejszej gęstości prowadzi do stratyfikacji, czyli powstawania stabilnych warstw wody, słabo mieszających się ze sobą. Utrudnia to m.in. przepływ węgla organicznego, tlenu czy składników odżywczych w całej kolumnie wody, a także między oceanami a atmosferą.
Zintensyfikowana stratyfikacja (czyli rozwarstwianie się wód) zachodzi szybciej niż oczekiwano, czytamy w badaniu opublikowanym niedawno w czasopiśmie Nature Climate Change. A to oznacza, że negatywne skutki pojawią się szybciej i będą większe niż oczekiwano.
Michael Mann, klimatolog z Uniwersytetu Penn State i współautor badania powiedział, że więcej ciepła gromadzi się w górnych 200 metrach oceanu niż na większych głębokościach. Ta coraz wyraźniejsza warstwa ciepłej wody przy powierzchni oceanu może zwiększać silę burz tropikalnych, negatywnie wpływać na rybołówstwo, zakłócać pochłanianie węgla z atmosfery i zmniejszać ilość tlenu w wodzie.
Badania, nad którymi pracował Mann, sugerują, że nie można wykluczyć niektórych z najgorszych scenariuszy globalnego ocieplenia przedstawionych w najważniejszych międzynarodowych raportach. Jeśli powierzchnia oceanu ociepli się szybciej i przez to mniej węgla zostanie przeniesione w głębiny, to proces ten wraz z innymi czynnikami wpływającymi na klimat może doprowadzić do potrojenia koncentracji CO2 w atmosferze. W takiej sytuacji średnia globalna temperatura do końca stulecia wzrośnie o ponad 4oC.
„Morał z tego jest taki, że po raz kolejny dowiadujemy się, że niepewność nie wyjaśnia się na naszą korzyść”, powiedział Mann. „Skutki zmian klimatu okazują się być gorsze, niż przewidywaliśmy.” Nasilone rozwarstwienie oceanu może prowadzić do błędnego cyklu ocieplenia, dodał Mann. Jeśli coraz więcej ciepła pozostanie w pobliżu powierzchni oceanu, ciepła woda ogrzeje atmosferę nad nią. A jeśli warstwy ciepłej wody spowolnią wchłanianie dwutlenku węgla przez ocean, to w atmosferze pozostanie więcej zatrzymującego ciepło CO2.
Badacze stwierdzili, że rozwarstwienie w górnych 200 metrach oceanu w ciągu ostatnich 50 lat wzrosło o 6%. „Poprzednie obliczenia, mierzące zmiany w czasie nie były tak dokładne, ponieważ nie zawierały odpowiednio dużej ilości danych”, dodaje współautor badania, Lijing Cheng, z Instytutu Fizyki Atmosferycznej w Chińskiej Akademii Nauk.
W nowym badaniu naukowcy wykorzystali szerokie spektrum odczytów z nowych instrumentów rozmieszczonych na wielu różnych głębokościach i rozrzuconych na dużym obszarze. W ten sposób uzyskali znacznie lepsze zrozumienie, jak zmieniają się warstwy wody aż do głębokości ponad 2000 metrów.
Węgiel, tlen i prądy morskie
Obserwowany wzrost rozwarstwienia oceanów jest „kolejnym wynikiem realizujących się prognoz klimatologicznych”, powiedział klimatolog Stefan Rahmstorf z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Oddziaływaniem Klimatu, który nie był zaangażowany w to badanie.
Wzrost rozwarstwienia oznacza mniejszą wymianę pomiędzy powierzchnią a głębszymi wodami, „co jest generalnie złą wiadomością na wielu frontach”, powiedział Rahmstorf. „Na przykład zmniejsza to dopływ tlenu do wód pod powierzchnią oceanu, co jest złe dla życia morskiego. Zubożone w tlen martwe strefy rozprzestrzeniają się w oceanach.
Dodał też, że zwiększające się rozwarstwienie spowalnia stałą wymianę ciepłych i zimnych wód między Arktyką a Antarktydą, czyli zanikać zaczyna tzw. cyrkulacja termohalinowa. „Istnieją dowody na to, że ten system cyrkulacji już zwalnia, jak prognozowały modele klimatyczne”, powiedział.
Ten rozległy system prądów oceanicznych wymienia ciepłą i zimną wodę między oceanami Arktyką, Północnym Atlantykiem i Antarktyką. Zakłócenie tej cyrkulacji może doprowadzić do poważnych zmian klimatycznych.
Jeśli obecny prąd zwolni, wzdłuż wschodniego wybrzeża Stanów Zjednoczonych może pojawić się więcej gorącej wody, co doprowadzi do zwiększenia fal upałów w miastach wschodniego wybrzeża USA. Z powodu rozszerzalności cieplnej wody, poziom morza będzie tam rósł szybciej od średniej. Ponadto, jeśli mniej ciepłej wody będzie transportowane na północ, to klimat w północno-zachodniej Europie stanie się bardziej zmienny, co zresztą już zaczyna być obserwowane. Według badania opublikowanego w czasopiśmie Climate Dynamics w 2015 roku, do skutków można zaliczyć: ochłodzenie północnego Atlantyku i w związku z tym zachodniej części Europy; mniejsze opady na umiarkowanych szerokościach geograficznych, wzmocnienie cyklonów na północnym Atlantyku oraz duże przesunięcia opadów w tropikach.
Mann dodał, że badanie to sugeruje również, że nasilona stratyfikacja może mieć wpływ na cykle El Niño-La Niña na Pacyfiku. Te wieloletnie wahania temperatur wód środkowego pasa Pacyfiku wpływają na temperaturę całej planety, z globalnymi skokami temperatury podczas silnych zjawisk El Niño i dużymi spadkami podczas La Niña. Jednak rosnące rozwarstwienie może tłumić te cykle, pozostawiając tym samym Pacyfik w stanie permanentnego El Niño. „Wiemy, że coś takiego wydarzyło się we wczesnym holocenie około 9000 lat temu”, powiedział Mann, ale dodał, że przeprowadzone badanie nie określa konkretnych następstw wzmocnionej stratyfikacji na cykl El Niño.
„Wpływ na życie morskie jest bardziej pewny”, dodaje współtwórca badania Kevin Trenberth, klimatolog z National Center for Atmospheric Research (NCAR). „Większa stabilność (stratyfikacja wód) utrudnia pionowe ruchy wody, co może mieć poważny wpływ na zooplankton, ryby i ssaki”, powiedział. „Aby wody były produktywne dla życia morskiego, składniki odżywcze z dna muszą łączyć się ze światłem słonecznym w warstwach przypowierzchniowych. Jednak coraz bardziej stabilne warstwy mogą ograniczać dostawy tych składników odżywczych na powierzchnię”, dodał.
Trenberth powiedział, że równie ważny jest sposób, w jaki warstwy wód wpływają na ilość dwutlenku węgla absorbowanego przez oceany. Na razie pochłaniają one około jednej czwartej emisji CO2 z ludzkiej działalności, „ale w miarę upływu czasu perspektywy na to są coraz mniejsze”.
Jak dodaje Mann, ciepły górny ocean nie może pomieścić tyle rozpuszczonego gazu, czy to dwutlenku węgla, czy tlenu, podobnie jak rozgrzany napój gazowany.
„To jest podwójne uderzenie. Po pierwsze oznacza to, że oceany są mniej zdolne do pochłaniania CO2 z atmosfery, a więc atmosferyczny CO2 gromadzi się jeszcze szybciej. Ocean staje się mniej efektywny jako ‘pochłaniacz węgla’ (…) Po drugie oznacza to, że wody oceanów stają się uboższe w tlen. To problem dla życia w morzu, które, tak jak my, potrzebuje tlenu. To zagrożenie dla łańcucha pokarmowego, w tym ryb.”
Trenberth powiedział, że wpływ na huragany jest również oczywisty. Cyklony tropikalne są napędzane ciepłem w górnych 100 do 150 m wody. Silne cyklony mieszają wody oceanu, przynosząc na powierzchnię zimniejszą wodę, która może ograniczyć wzrost mocy cyklonu, a nawet go osłabić. Ale teraz, „ta zimna woda jest cieplejsza niż kiedyś”, co pozwala cyklonom rozbudowywać się i utrzymywać intensywność (…) Dlatego huragany są większe i trwalsze oraz bardziej intensywne niż wcześniej.”
Hubert Bułgajewski na podst. New Study Shows a Vicious Circle of Climate Change Building on Thickening Layers of Warm Ocean Water
