Zmiany prądów oceanicznych

Na co dzień nie uświadamiamy sobie, w jakim stopniu prądy oceaniczne sterują klimatem na Ziemi. Żeby zrozumieć tą zależność wystarczy porównać klimat Polski z klimatem innych miejsc leżących na tej samej szerokości geograficznej, np. Kamczatki w Rosji i Labradoru w Kanadzie.

Wszystkie te regiony leżą na tej samej szerokości geograficznej, niedaleko oceanu, ale klimat w obu miejscach jest drastycznie różny. Średnia temp. roczna w Polsce to 7-8°C, podczas gdy na Labradorze i Kamczatce jest to - 1°C. Kamczatka i Labrador nie są miłymi miejscami do zamieszkania. Na Kamczatce obszar większy od Polski zamieszkuje ponad stukrotnie mniejsza populacja, na Labradorze podobnie. Częściowo jest to zasługą dominujących wiatrów zachodnich i związanego z tym oceanicznego klimatu Europy Zachodniej i kontynentalnego Kamczatki i Labradoru, szczególnie zimą. Porównanie klimatu Alaski i Norwegii, obu leżących na zachodnich wybrzeżach kontynentów również pokazuje, że Europa jest wyraźnie cieplejsza. W styczniu w Bodo w Norwegii jest -1°C, a w Nome na Alasce -15°C. Dlaczego?

Ta różnica wynika głównie z wpływu prądów oceanicznych - w rejonie Kamczatki płyną zimne prądy oceaniczne z północy: Kamczacki i Oya Siwo, podobnie w przypadku Labradoru i Alaski. Klimat Europy jest z kolei izolowany od chłodów Arktyki i ogrzewany przez ciepły Golfsztrom. To właśnie prądom oceanicznym i zachodnim wiatrom znad oceanu zawdzięczamy przyjemny klimat Europy.

GolfsztromGolfsztrom niesie ciepłą wodę z rejonów Brazylii i gorącej Zatoki Meksykańskiej w stronę Europy północnej. Zgromadzone ciepło oddaje docierając do Oceanu Arktycznego na północ od Europy, zimą dostarczając do Europy zachodniej więcej ciepła, niż promieniowanie słoneczne. Zimą powietrze nad oceanem położonym na zachód od wybrzeży Norwegii jest średnio o ponad 22°C cieplejsze niż powietrze na podobnych szerokościach geograficznych. Jest to jedna z największych anomalii tego typu na Ziemi. Dzięki temu praktycznie całe wybrzeże Norwegii z fiordami przez cały rok pozostaje wolne od lodu i śniegu.

Rys. Cyrkulacja prądów oceanicznych (cyrkulacja termohalinowa)

Uwagę zwraca fakt, że w wielu miejscach następuje przecięcie prądów oceanicznych. Jaki jest mechanizm tego zjawiska? Woda w rejonach równikowych i podzwrotnikowych nagrzewa się. Ciepła woda jest lekka i ma tendencję do trzymania się przy powierzchni. Płynąc w kierunku biegunów, woda oddaje swoje ciepło do atmosfery. Powierzchniowa warstwa wody, zbliżając się do biegunów wytrąca sól. Warstwa schłodzonej wody pod lodem staje się bardziej słona i gęstsza, wystarczająco gęsta, aby opaść na dno i odpłynąć w kierunku równika. Na jej miejsce napływa powierzchniowa, gorąca woda z tropików, na Atlantyku jest to właśnie Golfsztrom.

Rys. Mechanizm transportu ciepła w oceanach. Ciepła woda napływa z rejonów tropikalnych, ochładza się i staje się gęstsza. Formowanie się lodu powoduje wytrącanie się w wodzie soli i dalszy wzrost gęstości wody. Dzięki tym zjawiskom woda z powierzchni opada, a następnie przy dnie odpływa z powrotem w kierunku równika.

Cyrkulacja prądów oceanicznych to jednocześnie efektywny mechanizm usuwania dwutlenku węgla z atmosfery. Gaz ten jest intensywnie pochłaniany z atmosfery przez zimne powierzchniowe warstwy wody, a następnie transportowany do głębinowych warstw oceanu. Zatrzymanie cyrkulacji termohalinowej wyłączyłoby jeden z mechanizmów usuwających dwutlenek węgla z atmosfery, nasilając problem gromadzenia się gazów cieplarnianych w atmosferze.

Nasuwa się pytanie - czy ten schemat cyrkulacji oceanicznej, niewątpliwie kształtującej klimat na ogromnych obszarach globu, jest dany raz na zawsze, jest czy też jest zmienny i za chwilę może stać się zupełnie inny? Szczególnie interesuje nas możliwość zaniku Golfsztromu.

Aby odpowiedzieć na to bardzo istotne pytanie wybierzemy się w podróż w przeszłość, kilkanaście tysięcy lat temu, a później w podróż w przestrzeni, na drugą stronę globu.
Kiedy lód morski i lodowce topnieją, uwalniają słodką wodę do oceanu. Woda słodka ma jednak mniejszą gęstość od wody słonej - nie jest dość gęsta, aby zatonąć. Może to przerwać cyrkulację oceaniczną i wpłynąć na wymianę ciepła między biegunami i równikiem, a w konsekwencji zmienić klimat w Europie. W Skandynawii temperatura spadłaby o 10 lub więcej stopni, w Wielkiej Brytanii o kilka stopni.

Bardzo podobne zdarzenie, stadium klimatyczne o nazwie Młodszy Dryas, miało miejsce w latach 10 850 do 9 570 r. p.n.e., kiedy nastąpiło gwałtowne, w przeciągu roku lub kilku lat, obniżenie temperatury na półkuli północnej, a szczególnie w rejonach północnego Atlantyku i Europy. Ochłodzenie nastąpiło, kiedy leżące w dzisiejszej Kanadzie ogromne polodowcowe jezioro Agassiz wlało do Atlantyku blisko 10000 km³ słodkiej wody, przerywając cyrkulację Prądu Zatokowego i powodując oziębienie półkuli północnej na 1 300 lat.

Rys. Zatrzymanie Prądu Zatokowego w wyniku wlania się do Atlantyku wielkiej ilości słodkiej wody "The Inconvenient Truth", Al Gore.

Wykres pokazuje zmiany temperatur i grubości lodu w środkowej Grenlandii w przeciągu ostatnich 15 000 lat. Różnica temperatur w okresie Młodszego Dryasu względem dzisiejszych temperatur wynosi dwadzieścia stopni (dla Grenlandii, dla Europy różnica ta była mniejsza).

Źródło: Abrupt Climate Change; Inevitable Surprises. Źródło: The National Academies Press

Narzuca się pytanie: jak na Golfsztrom wpłynie ocieplenie wody i stopienie lodów Oceanu Arktycznego? Czy Golfsztrom zaniknie? A może tylko osłabnie? A może nic się nie zmieni?

Niektóre badania wskazują na 30% zmniejszenie się aktywności Golfsztromu w ciągu ostatnich 10 lat. W takiej sytuacji za kilkadziesiąt lat prąd mógłby ustać całkowicie i wówczas w Europie Zachodniej w środku globalnego ocieplenia zagościłyby bardzo niskie temperatury. Wielka Brytania, Irlandia, Islandia czy Norwegia doświadczyłyby temperatur, które normalnie powinny występować na tej szerokości geograficznej. W środku zimy zamiast +5°C w ciągu dnia byłoby -5°C, a zamiast 0°C nocami byłoby 10 stopni mrozu. Miejscami temperatura byłaby jeszcze niższa od obecnej normy o nawet 15°C.

Aby zbadać to zjawisko i ewentualnie przewidzieć zanik Prądu Zatokowego, Wielka Brytania prowadzi program monitoringu prądów oceanicznych ang w północnym Atlantyku RAPID - WATCH.

Prąd Zatokowy jest zjawiskiem dość stabilnym, ale nie wszystkie prądy oceaniczne charakteryzują się taką stabilnością. Przykładem cyrkulacji oceanicznej, który ma wpływ w skali globalnej, a nie jest stabilna, jest zjawisko El Niño.

Normalnie wzdłuż zachodnich wybrzeży Ameryki Południowej płynie zimny i bogaty w składniki odżywcze prąd Humboldta. W tych warunkach ławice ryb znajdują korzystne warunki do rozwoju. Następnie, pchany wschodnim wiatrem, jako Prąd Południoworównikowy kieruje się w stronę Filipin i Australii. Woda po drodze nagrzewa się. W rejonie Filipin i Australii wilgotne powietrze nad nagrzaną wodą unosi się w górę, powodując silne opady. Zjawisko takie nazywa się La Niña (hiszp. dziewczynka).

Rybacy peruwiańscy zauważyli, że czasem pod koniec roku, prąd wody ciepłej i ubogiej w składniki odżywcze zastępuje wody chłodne. Ponieważ zachodzi to często w okolicy świąt Bożego Narodzenia, stąd nazwa El Niño (hiszp. chłopiec, dzieciątko - nazwa odnosi się do Dzieciątka Jezus). Zwykle ocieplenie wód występuje przez kilka tygodni, jednak gdy El Niño trwa miesiącami lub latami, dochodzi do ochłodzenia wody w rejonie Australii oraz jej ocieplenia w rejonie Ameryki Południowej o 3 - 8°C.

Zjawisko El Niño powoduje odwrócenie się kierunku wiatru wiejącego nad Pacyfikiem. Wiatr normalnie wiejący na zachód, podczas zjawiska El Niño wieje na wschód, odwracając kierunek prądów oceanicznych - podczas El Niño woda zaczyna płynąć na wschód.

Rys. Porównanie warunków El Niño z typową cyrkulacją powietrza. Wiatry wpływają na krążenie wody w oceanie. Normalnie woda płynie na zachód, od brzegów Ameryki Południowej w stronę Australii, podczas El Niño woda płynie na wschód. La Niña to "wzmocniona" cyrkulacja zachodnia. Źródło: bom

Nagrzewająca się po drodze woda dociera do wybrzeży Ameryki Południowej, przynosząc tam katastrofalne opady. A ponieważ opady zazwyczaj nakładają się na porę deszczową powodują powodzie oraz spływanie lawin błota, szczególnie w Peru i Argentynie.

Dodatkowo podnosi się temperatura powietrza, co powoduje topnienie wiecznych śniegów w Andach i zanikanie lodowców zapewniających dopływ wody do rzek w ciągu całego roku. Z kolei opady nad Australią zanikają, powodując tam katastrofalne susze.
El Niño, choć obserwowany głównie na Pacyfiku, ma wpływ na całą Ziemię. Podnosi zauważalnie temperaturę całej planety. Zjawisko wiąże się także z chłodniejszymi, śnieżnymi zimami w USA, suchszymi, bardziej gorącymi latami w Ameryce Południowej i Europie oraz suszami w Afryce.

 Rys. Obszary Ziemi, na których pogodę wpływa El Niño. Źródło: bom

Zjawisko El Niño zachodzi nieregularnie w okresie od dwóch do siedmiu lat i może obecnie trwać od kilku tygodni nawet do dwóch lat.

Rys. Indeks ENSO określający stan zjawiska El Niño/Southern Oscillation (ENSO)  na podstawie  ciśnień na poziomie morza, składowych wiatru, temperatury oceanu, temperatury powietrza i zachmurzenia. Im jest większy, tym bardziej dominuje zjawisko El Niño (kolor czerwony), im mniejszy, tym bardziej oscylacja jest zdominowana przez La Niña (kolor niebieski). Źródło: NOAA

El Niño powoduje coraz groźniejsze susze w i tak już pustynnej Australii. Nasilanie się tego trendu jest główną przyczyną przewidywań, że Australia będzie kontynentem najbardziej dotkniętym przez pustynnienie wynikające ze zmian klimatycznych.

Ze względu na silny wpływ na klimat, szczególnie na analizę i przewidywania zjawiska El Niño w Australii przeznaczono znaczne środki. Możliwość prognozowania pogody choćby na kilka miesięcy naprzód umożliwiałaby określenie jakich opadów i temperatur można oczekiwać, co pozwoliłoby zaplanować sadzenie upraw bez narażania się na nieprzewidziane susze lub opady. Jak na razie sukcesy w prognozowaniu El Niño są dość mizerne - pomimo zrozumienia podstaw zjawiska możliwe jest prognozowanie raptem na kilka tygodni do przodu. Nie są też do końca jasne przyczyny nasilania się tego zjawiska w długiej skali czasowej.

W tym świetle widać, że nasze zrozumienie cyrkulacji oceanicznych i prognozowanie ich zmian w horyzoncie wieloletnim jest wciąż bardzo powierzchowne i niepełne.

Rys. Prognozy zachowania cyklu El Niño - La Niña i porównanie ze zmianami rzeczywistymi. Wniosek jest prosty - mamy problemy nawet z jakościowym przewidywaniem zjawiska...

Nasze przewidywania co do zmian cyrkulacji prądów oceanicznych, w tym Golfsztromu, są tak niedokładne, że najprawdopodobniej o tym, że coś się stanie, dowiemy się dopiero, kiedy już się wydarzy... Być może nic poważnego nie stanie się dziś ani jutro. Ale kto wie, co stanie się z cyrkulacją oceaniczną za kilkadziesiąt lat?

Warto zwrócić uwagę, że zmiany prądów oceanicznych, szczególnie oscylacji El Niño - La Niña i Dekadalnej Oscylacji Pacyficznej, obok zmian aktywności słonecznej i krótkotrwałych zmian zapylenia atmosfery związanych z wybuchami wielkich wulkanów są czynnikami znacząco wpływającymi na zmiany temperatury planety, w horyzoncie kilku lat mogącymi maskować wzrost temperatury związany ze wzrostem koncentracji gazów cieplarnianych w atmosferze pl .

Jak powstają huragany i cyklony? Czym się od siebie różnią? Jak ocenia się ich siłę? Od czego zależy ich potęga? Jak często występują i gdzie? Co to jest hiperkan? Na te pytanie i jeszcze wiele innych znajdziesz odpowiedź w następnym artykule: wzrost mocy huraganów.

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto