Badacze chińscy opracowali nową metodę pośrednią dynamiki przepływu południkowego transportu słodkiej wody w Atlantyku. Ma ona na celu oszacowanie następstw, jakie ten transport może wywrzeć na ekosystemy oraz ludzką cywilizację pod kątem dalszych skutków zmian klimatu.
Światowy ocean zawiera 97 proc. wody na Ziemi. W globalnym cyklu hydrologicznym odgrywa on kluczową rolę. Słodka woda z reguły kojarzy się z lądolodami w Arktyce na Grenlandii i na Antarktydzie. A także z jeziorami i rzekami na kontynentach i wyspach. W skali globalnej krąży ona pomiędzy atmosferą, kriosferą, oceanami i morzami oraz także między lądami (glebami i roślinnością oraz rzekami). Wówczas paruje z oceanów, mórz, rzek i jezior oraz z gleb do atmosfery albo też spada w postaci deszczu, coraz rzadziej śniegu, Także pewną rolę odgrywa spływ wód słodkich z rzek oraz topniejących lodowców do oceanów i mórz. Najsilniej jednak zachodzą te interakcje między oceanami a atmosferą. Wymiany słodkiej wody na tym etapie cyklu hydrologicznego oddziałują bezpośrednio na zmiany zasolenia oceanów. A to skutkuje rezultatem zmian słodkiej wody oceanicznej.
Ocean Atlantycki wprawdzie jest bardziej zasolony niż Spokojny czy Indyjski, ale także w nim odbywa się znaczny transport słodkiej wody. W fachowym terminie jest to tak zwany południkowy transport słodkiej wody atlantyckiej (AMFT – Atlantic Meridional Freshwater Transport).
Rys. Rozmieszczone na północnym Atlantyku mierniki hydrograficzne w ramach projektów RAPID i OSNAP. Źródło: Sam Jones / CC BY-SA 4.0
Kosztowne, ale pomocne w badaniach południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej są tak zwane mooringi
Dotychczas rozproszone obserwacje południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej nie spełniały do końca oczekiwań naukowców, którzy zajmowali się tym zagadnieniem. A dostępne dane tego parametru były niestety ograniczone ze względów finansowych. W ramach projektów badawczych RAPID, OSNAP itp., między szerokościami geograficznymi 26°N a około 55°N, naukowcy rozmieścili na Atlantyku specyficzne mierniki hydrograficzne. Są to tak zwane mooringi. Urządzenia pomiarowe, które nieustannie nie zmieniają swoich pozycji.
Profesor Jacek Piskozub z Instytutu Oceanologii w artykule na łamach serwisu Nauka o klimacie wyjaśnił:- Mooringi są to girlandy mierników podwieszonych na długich linach między dnem morskim, gdzie są zakotwiczone, a głębokością kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią, gdzie znajduje się najwyższa z boi utrzymujących mooring w pionie (nie sięga on do powierzchni, aby nie został „wyłowiony” przez sieci rybackie).
Mooringi mają ograniczony zasięg czasoprzestrzenny. Obliczają przepływy wody słodkiej w oceanie. Mają one związek z globalną cyrkulacją termohalinową. Czyli cyrkulacją oceaniczną w formie wodnego pasa transmisyjnego. Konkretnie, mechanizmu hydrologicznego napędzanego za pomocą zmian gęstości w wodzie wynikających z różnic temperatury i zasolenia. I wpływającego na właściwości głębin oceanu i globalny transport ciepła.
– To ograniczone pokrycie znacznie utrudnia zrozumienie zmian w AMFT i mechanizmów za nimi stojących – napisał w serwisie Phys.Org Li Yali z Chińskiej Akademii Nauk w Pekinie.
Badania AMFT podczas rejsów hydrograficznych też są niedokładne. Zwłaszcza prędkości słodkiej wody
Tak samo nie są do końca zadowalające dotychczasowe rejsy hydrograficzne statkami badawczymi. Naukowcy do dziś regularnie pobierają próbki wody na różnych głębokościach w całej jej kolumnie w głównych basenach oceanicznych Atlantyku. W ten sposób w ciągu ostatnich 30 lat w dekadowej skali czasu dokonali skrupulatnej analizy hydrograficznej pod kątem oszacowania AMFT na określonych szerokościach geograficznych (30°S, 24°S, 19°S, 11°S, 24°N, 36°N, 47°N, 55°N).
Badacze przez te lata zaobserwowali osłabiający się trend AMFT na szerokości 30°S. Jego zmniejszający się przepływ z 0,28 ± 0,08 siwertów (Sv) w latach 1990–1999 do 0,08 ± 0,06 Sv w latach 2000–2009. Rejsy hydrograficzne nie były w stanie objąć dokładnie pomiarów prędkości słodkiej wody. Dlatego istniało duże ryzyko popełnienia błędów.
Siwert jest to jednostka liczbowa przepływu wody słodkiej na dekadę.
Nowa metoda pośrednia. Obliczenia AMFT
Zespół chińskich naukowców z Instytutu Fizyki Atmosferycznej Chińskiej Akademii Nauk na Uniwersytecie w Xiamen w swoim najnowszym badaniu opracował nową metodę pośrednią obliczeń południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej (AMFT).
Zmiany w zawartości słodkiej wody (FWC) w oceanie w dużej mierze zależą od powierzchniowego przepływu wody słodkiej (FWF). To jest, wody transportowanej między oceanami a lądami, atmosferą i kriosferą. Podobnie też zmiany FWC są zależne od wspomnianego AMFT na północnej szerokości 26,5°N (projekt RAPID od 2004 r.).
Transport słodkiej wody atlantyckiej (AMFT) można obliczyć w następujący sposób. Trzeba odjąć powierzchniowy przepływ słodkiej wody (FWF) od zmian całej zawartości słodkiej wody (FWC) w oceanie.
– Za pomocą tej metody wyprowadzono miesięczny AMFT w zakresie od 34°S do 66°N dla lat 2004–2020 – ponownie stwierdził na łamach Phys.Org Yali.
Na swojej stronie internetowej Instytutu Fizyki Atmosferycznej (IAP) badacze napisali następująco: – Zmiany słodkiej wody w subpolarnym Atlantyku Północnym mogą nie tylko odzwierciedlać regionalne wymiany słodkiej wody, ale także zmieniać globalną cyrkulację oceaniczną.
Podział Atlantyku na trzy części w celu zbadania przyspieszenia przepływów zawartości słodkiej wody (FWC)
Naukowcy chińscy w swoim badaniu podzielili Atlantyk na trzy części:
– południowy Atlantyk (15,5°–30,5°S)
– tropikalny Atlantyk (15,5°S–20,5°N)
– subtropikalny północny Atlantyk (20,5°–40,5°N)
Badacze podzielili Atlantyk w celu zbadania wkładu zbieżności AMFT i FWF (P + R – E) do przyspieszenia FWC.
Gdzie: P – opady deszczu. R – odpływ rzeczny, E – parowanie)
Zaobserwowali, że dodatnie przyspieszenie zawartości słodkiej wody (FWC) wskazało albo na spowolnienie trendu w dół, albo na wzrost trendu w górę. Tymczasem ujemne przyspieszenie lub nawet spowolnienie FWC oznaczało coś odwrotnego.
Na południowym Atlantyku występuje ujemne przyspieszenie przepływu zawartości słodkiej wody. Wynosi ono −0,01 ± 0,03 siwertów (Sv) na dekadę. Na tropikalnym Atlantyku zmiany przepływu FWC wykazują przyspieszenie wynoszące −0,02 ± 0,05 Sv w ciągu dekady. Z kolei tempo wzrostu wód powierzchniowych w subtropikalnym Atlantyku Północnym spada. Przepływ FWC w nim wynosi −0,07 ± 0,06 Sv na dekadę. Na rysunku poniżej ujemne przyspieszenie FWC oznakowane jest czarnymi cyframi.
Rys. Przyspieszenie zawartości słodkiej wody oceanicznej (FWC) w każdej siatce (przecinających się liniach współrzędnych na mapie) (czarne liczby). Trendy południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej (AMFT) pokazane zostały za pomocą niebieskich strzałek i niebieskich liczb w każdym polu (z dodatnim kierunkiem północnym). Trendy przepływu słodkiej wody powierzchniowej (FWF) pokazane zostały za pomocą czerwonych strzałek i czerwonych liczb (z dodatnim kierunkiem w dół do oceanu). Jednostką liczbową przepływu wody słodkiej jest siwert (Sv) na dekadę. Wszystkie trendy badacze obliczyli w latach od 2004 do 2020. Rozmiar strzałek wskazuje również wielkość trendu AMFT. Południowy, tropikalny i subtropikalny północny Atlantyk są podzielone czarnymi liniami. Źródło: Huayi Zheng et al.., 2024 / CC BY 4.0
Trzy kierunkowe aspekty dotyczące południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej
Badanie powyższe skoncentrowało się na opisie trzech aspektów dotyczących południkowego transportu słodkiej wody atlantyckiej (AMFT):Jest to transport poziomy w poprzek Atlantyku. Odbywa się równolegle do równika.
– dystrybucja (rozmieszczenie) klimatologiczna
– międzyroczna zmienność (w tym przypadku głównie na półkuli północnej)
– trend (wzrost AMFT w kierunku północnym; spadek AMFT w kierunku południowym)
W pierwszym przypadku naukowcy oszacowali średnie rozmieszczenie AMFT w latach 2004–2020. W kierunku południowym między 18,5°S a 34,5°S i północnym między 18,5°S a 66,5°N.
Następnie w drugim przypadku wyrazili zmienność AMFT z jej potencjalnym związkiem na różnych szerokościach geograficznych. Na południe od 40°N zmienność AMFT wykazała jednolite (stałe) zmiany na różnych szerokościach geograficznych. Podobnie na północ od 40°N AMFT wykazał silną koherencję (spójność).
– Południkowy transport słodkiej wody atlantyckiej na północ od 40°N jest w przeważającej mierze pod wpływem cyrkulacji wirowej. Tymczasem na południe od 40°N ważniejszą rolę odgrywa atlantycka południkowa cyrkulacja wymienna (AMOC) – piszą chińscy naukowcy. Wir północnoatlantycki jest jednym z wielkich wirów oceanicznych na Ziemi. A AMOC jest stałym elementem globalnej cyrkulacji termohalinowej,
W trzecim przypadku badacze chińscy przedstawili średnio stały pozytywny trend AMFT w całym Oceanie Atlantyckim w latach 2004-2020. Oznaczało to. albo spadek AMFT w kierunku południowym, albo jego wzrost w kierunku północnym.
Obecne badanie transportu słodkiej wody w Atlantyku pomoże innym badaniom w zgłębieniu tego zagadnienia
Na podstawie niniejszego opracowania naukowego kolejni badacze będą mogli lepiej oszacować ilość słodkiej wody, która wpływa do oceanu z atmosfery i z lądów (rzek). Ponadto dzięki temu będą mogli skwantyfikować (obliczyć i zmierzyć dokładnie) jaka będzie cyrkulacja oceaniczno-atmosferyczna i transport ciepła. Dzięki temu będzie możliwe dokładniejsze konstruowanie modeli klimatycznych oraz prognoz klimatu. A to pozwoli w końcu bardziej skutecznie łagodzić skutki globalnego ocieplenia.
Nowa metoda badawcza pokazała różną zmienność transportu wody słodkiej na różnych szerokościach geograficznych. Dzięki zastosowaniu nowatorskich metod statystycznych w niniejszej publikacji naukowej, następni badacze będą mogli lepiej zbadać wpływ różnorodnych czynników. Takich np. jak: wzorce wiatrów i wzorce prądów oceanicznych, skorelowanych z transportem słodkiej wody w Atlantyku.
Badanie powyższe skoncentrowało się również na tym, jak antropogeniczne zmiany klimatu wpłyną na globalny cykl hydrologiczny. I jak one wtedy wpłyną na przepływ wody słodkiej w Atlantyku.
Referencje:
Huayi Zheng et al., 2024 ; An Observation-Based Estimate of Atlantic Meridional Freshwater Transport ; Geophysical Research Letters, Volume 51, Issue 24 ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2024GL110021
Li Yali, 2024 ; New method estimates Atlantic freshwater transport across latitudes ; Phys.Org ; https://phys.org/news/2024-12-method-atlantic-freshwater-latitudes.html
Sam Charles Jones, 2020 ; The history of AMOC study, blog post written during the DY120 cruise ; Sam Jones ; https://samcjones.com/2021/01/19/the-history-of-amoc-study-blog-post-written-during-the-dy120-cruise/