Dawniej i dziś – pomiary temperatury i energii cieplnej w oceanach

Dopiero w XXI wieku można powiedzieć, że badania klimatu ziemskiego ruszyły pełną parą. Kiedy zdano sobie sprawę, że w systemie klimatycznym poważnie zaniedbano szczegółowe oględziny największego i najważniejszego zbiornika klimatycznego jakim jest pięć oceanów na Ziemi: Spokojny (Pacyfik), Atlantycki, Indyjski, Południowy i Arktyczny. Tym bardziej, że denialiści naciskali coraz mocniej próbując podważyć teorię globalnego ocieplenia. Tak dłużej to trwać nie mogło. Postanowiono coś z tym zrobić.

Od lat 30-40, a może nawet jeszcze wcześniej, badano temperaturę wody w oceanach za pomocą wiadra. Brytyjczycy przed wojną pobierali wodę bezpośrednio z oceanu na pokład, a Amerykanie podczas II wojny – z oceanu prosto do maszynowni statku. Różnica temperatur była znaczna. Woda, która była wyciągana w wiadrze szybko parowała oraz wychładzała się, a więc temperatura była przez to zaniżona. Natomiast maszynownia była silnie nagrzana, więc temperatura wody siłą rzeczy była znacznie wyższa. Kiedy po wojnie Brytyjczycy powrócili do regularnych pomiarów temperatury oceanów, ich udział ponownie wzrósł do 50% światowych obserwacji. Natomiast pomiary wykonywane przez Amerykanów spadły do 30%. Wówczas zaobserwowano ponownie trend sprzed wojny jaki był dokonywany przy pomiarach temperatury oceanów przez Brytyjczyków. Czyli stwierdzono wtenczas czas sztuczny spadkowy trend temperatury, co oczywiście nie było prawdą. (David Thompson i inni, 2008).

W ten sposób już około 70 lat temu powstał proces zaburzający dokładne oszacowanie temperatury oceanów na świecie. Co umiejętnie podchwytywali żądni wszelkich sensacji denialiści preparując fałszywe wykresy, że rzekomo podczas wojny było nawet cieplej niż teraz. Oczywiście jest to kłamstwo. Prawdą jednak jest, że jeszcze wówczas wymuszenie radiacyjne (słoneczne) miało swój duży udział w podniesieniu temperatury na globie ziemskim co najmniej od początku XX wieku.

Zdjęcie. Roger Revelle (1909-1991) - geolog i oceanograf amerykański, jeden z pionierów teorii antropogenicznego globalnego ocieplenia. (źródło)

Jeszcze przez ponad pół wieku, badanie oceanów nie było zbytnio zadowalające. Jednak pod koniec lat 60, jednym z ciekawszych zdarzeń było odkrycie zakwaszania się wód oceanicznych, czyli obniżania się w nich pH, przez Rogera Revelle i jego zespół badawczy ze Scripps Institution of Oceanography w La Jolla, Już wówczas wiedziano, że nadmierne ilości dwutlenku węgla z atmosfery pochodzenia antropogenicznego zaczęły trafiać intensywnie do oceanów i powodować ich zakwaszenie, no i ocieplenie.

Nadal jednak mało wiedziano o tym jaką tak naprawdę poszczególne warstwy oceanu mają temperaturę, zasolenie, gęstość itp. Początkowo znano jedynie powierzchniową temperaturę, którą mierzono już przed wojną i podczas niej metodą „chałupniczą” wyżej opisaną. Nadal nic jednak nie wiedziano o temperaturze na większych głębokościach. Nie mówiąc o innych parametrach.

Rysunek 1. Batytermograf (źródło)

Z biegiem czasu ludzie wynaleźli tzw. batytermografy. Pierwsze prototypy pojawiły się już w 1935 r, ale na szerszą skalę zostały wykorzystane w badaniach oceanicznych w latach 60 do 2005 r. Są to urządzenia tylko mierzące temperaturę. Tak więc, mające dużo wad. Nie dość, że raz wrzucone do wody są na zawsze tracone, to na dokładkę nie mierzyły wcale głębokości, na której była dana temperatura. Oczywiście nie mierzą innych parametrów takich jak gęstość wody, jej przepływ oraz zasolenie. Dlatego też batytermografy okazały się nieskuteczne w szczegółowych pomiarach temperatury oceanów, gdyż nie uwzględniały w swych analizach danych o zawartości energii w oceanie (Abraham i in., 2013). A właśnie jest to jeden z najistotniejszych parametrów by zrozumieć ile ciepła w sobie kryją teraz oceany.

W drugiej połowie XX wieku, dużym niedoszacowaniem w obliczeniach energii cieplnej w oceanach były w pewnych analizach luki, w których na miejsce brakujących danych (konkretnych wyników liczbowych) wstawiano średnie klimatyczne, najczęściej z wielu lat, czyli tzw. zerową anomalię (odchylenie od średniej) (Masayoshi Ishii i Masahide Kimoto, 2009, Sydney Levitus i in., 2012). Przełożyło się to na zaniżanie trendów spadkowych i wzrostowych, zwłaszcza dla półkuli południowej, którą w XX wieku bardzo słabo zbadano w przeciwieństwie do północnej.

Pierwsze szacunkowe pomiary w programie Argo pierwsza sonda pomiarowa wykonała już w 1999 r. W 2008 r. w końcu ruszył projekt Argo. Został on utworzony w wyniku współpracy 50 instytutów naukowo-badawczych z 26 krajów. Stanowi on również część międzynarodowych projektów takich jak: Global Climate Observing System, Global Ocean Observing System, Climate Variability and Predictability Experiment, Global Ocean Data Assimilation Experiment.

Rysunek 2. Typowy cykl pomiarowy boi Argo

Jest to wielkie przedsięwzięcie oceaniczne, na które złożyło się ponad 3 000 boi pomiarowych zdalnie sterowanych początkowo zanurzających się do 700 m, a potem do 2000 m. Zadaniem tych boi jest rejestr nie tylko temperatury, ale i prędkości przepływu wody, jej zasolenia oraz kumulacji energii cieplnej w oceanach świata. Są one rozmieszczone mniej więcej w jednakowym stopniu, zarówno na półkuli północnej, jak i na południowej. To właśnie dzięki nim na nowo oszacowano pomiary energii cieplnej w oceanach.

Okazało się, że autorzy opublikowanej ostatnio pracy Paul Durack i in. (2014) gdy wprowadzili odpowiednie poprawki, zauważyli, że w okresie 1970-2004 ocean do głębokości 700 m ogrzał się w granicach 24-58 %, a więc bardziej niż wcześniej to oszacowano.

Rysunek 3. Zmiany obserwowanej (kolorowe słupki) i wynikającej z symulacji (szare słupki) zawartości energii w oceanie do głębokości 700 m dla okresu 1970-2004 względem poprzednich analiz. Górne fragmenty wykresu odpowiadają poprawkom Durack i in. (2014). Jednostki: 1022J/35lat, MMM (multi model mean) - średnia z wielu modeli.

Sydney Levitus i in. (2012) zaobserwowali w swojej pracy badawczej, że najsilniejsze ocieplenie nastąpiło w regionie północnego Atlantyku oraz w rejonie podzwrotnikowym pętli prądów morskich na północnym Pacyfiku. W szczególności interesujący jest obszar leżący na półkuli południowej. Na szerokościach geograficznych, od około 30 do 50 stopnia, na granicy z Oceanem Południowym, który wcześniej bardzo słabo był badany. Dopiero wraz z programem Argo brakujące pomiary zostały uzupełnione.

Jednak został definitywnie stwierdzony brak ocieplenia w Antarktyce. Złożyło się na to wiele przyczyn. Obok ochładzającej dziury ozonowej, duży w tym udział miały intensywne wiatry zachodnie, które od lat 70 nie dość, że wzmocniły się, to bardziej są skierowane ku wnętrzu bieguna (Joellen Russell i in., 2006). Powinno to mieć wpływ na natężenie wymiany energii cieplnej pomiędzy atmosferą a oceanem. To znaczy, że z biegiem czasu powinniśmy zaobserwować jeszcze większy dopływ ciepła do głębin oceanów (Tomoko Inui i in., 1999).

Przy szczegółowej analizie rozbieżności symulacji i pomiarów Paul Durack i in. (2014) odkryli, że chociaż półkula południowa znacznie wolniej ociepla się od północnej, to jednak przyrost poziomu oceanów (patrz rysunek 3, poniżej w artykule Nauki o Klimacie Niedoszacowane ocieplenie oceanu występujący zarówno dzięki rozszerzalności cieplnej, jak i dzięki dostawom słodkiej wody z topniejących lodowców Antarktydy jest znacznie wyższy niż na półkuli południowej. A więc, jest to mocno zastanawiające, gdyż na półkuli północnej zarówno lądy, jak i wody oceaniczne są o wiele cieplejsze, ale nie jest tak wysoki przyrost poziomu Wszechoceanu.

Rysunek 4. Mapy przedstawiają 35-letnie średnie z wielu symulacji: lewy górny panel – energia zmagazynowana w oceanie do głębokości 700 m, prawy górny panel – od powierzchni do dna, lewy dolny panel – anomalia wysokości powierzchni morza obliczona na podstawie wynikających z symulacji temperatur i zasolenia, prawy dolny panel – wysokość powierzchni morza wynikająca wprost z symulacji CMIP5. Źródło: Paul Durack i in. (2014).

Czyż nie jest to dziwne, w jak zagadkowy sposób przebiega to globalne ocieplenie? Dziś jednak już coraz więcej wiemy na temat kumulacji energii cieplnej w oceanach. Już od 2017 r. mają ruszyć pierwsze boje pomiarowe na głębokość do 6000 m. Bo pamiętajmy, że ciepło w oceanach zanurza się coraz niżej, dlatego też nasza technika musi koniecznie nadążyć za tym coraz szybszym ocieplaniem się największego zbiornika klimatycznego na Ziemi jakim jest dotychczas bardzo słabo zbadany Wszechocean.

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/niedoszacowane-ocieplenie-oceanu-68

https://pl.wikipedia.org/wiki/Argo_(oceanografia)

http://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/program-argo-siega-gleboko-135

http://naukaoklimacie.pl/fakty-i-mity/mit-miedzy-temperatura-a-koncentracjami-co2-nie-ma-korelacji-22

https://en.wikipedia.org/wiki/Bathythermograph

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *