Spektakularne morskie fale upałów (MHW) miały miejsce na północnym Morzu Śródziemnym w 2003 r., wzdłuż zachodniego wybrzeża Australii w 2011 r., na północno-zachodnim Atlantyku w 2012 r., na północno-wschodnim Pacyfiku w latach 2013-2015 czy też koło południowo-wschodniej Australii w latach 2015/16 i u wybrzeży północnej Australii w 2016 r. Dokładnie w latach działalności bardzo silnego El Niño.
Wydarzenia te spowodowały poważne skutki ekologiczne i ekonomiczne:
- trwałą utratę lasów wodorostów
- bielenie koralowców
- obniżony poziom chlorofilu na powierzchni z powodu zwiększonej stratyfikacji warstwy powierzchniowej
- masową śmiertelność bezkręgowców morskich z powodu stresu cieplnego
- gwałtowne zmiany zasięgu gatunków na duże odległości i związane z tym przekształcenie ich struktur społeczności
- zamknięcie lub limity połowów
- napięcia gospodarcze między narodami
—
Eric C. J. Oliver, adiunkt oceanografii fizycznej na Uniwersytecie Dalhousie w Kanadzie, wraz ze swoimi współpracownikami, stwierdził następujący fakt, że w latach 1925–2016 średnia częstotliwość i czas trwania morskich fal upałów na świecie wzrosła odpowiednio o 34% i 17%, co spowodowało wzrost rocznych dni morskich fal upałów o 54% na całym świecie 1.
Naukowcy zastosowali ustandaryzowaną definicję MHW do globalnych, codziennych zdalnie wykrywanych danych Narodowej Administracji Oceaniczno-Atmosferycznej (NOAA – National Oceanic and Atmospheric Administration). Zebrali dane temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) z wybrzeży, statków i satelitów w dziennych i miesięcznych skalach czasowych, wykorzystując do tego siatkowe dane SST V2 w latach 1982– 2016 o wysokiej rozdzielczości (1/4°) przy optymalnej interpolacji (OI – Optimum Interpolation).
—
Rys.1. Całkowita liczba dni morskiej fali upałów na świecie. Globalnie uśrednione szeregi czasowe dni całkowitej morskiej fali upałów (MHW) od NOAA OI SST w latach 1982–2016. Czarna linia pokazuje uśrednione globalnie szeregi czasowe łącznej liczby dni MHW od NOAA OI SST w latach 1982–2016. Czerwona linia pokazuje tę metrykę po usunięciu podpisu ENSO. Cieniowanie jasnoczerwone i jasnoniebieskie oznacza odpowiednio okresy El Niño i La Niña, określone przez okresy przekraczające standardowe odchylenie (SD) ±1 wielowymiarowego wskaźnika ENSO (MEI – Multivariate ENSO Index) przez trzy kolejne miesiące (Eric C. J. Oliver i inni, 2018).
—
Naukowcy w pracy napisali:
MHW występują, gdy SST przekracza próg wahań sezonowych, zdefiniowany jako 90 percentyl zmienności SST na podstawie 30-letniego okresu klimatycznego (1983–2012), przez co najmniej pięć kolejnych dni.
W każdej lokalizacji i dla każdej MHW obliczyliśmy czas trwania wydarzenia (czas między datą rozpoczęcia i zakończenia) oraz maksymalną intensywność (szczytową anomalię SST w czasie trwania wydarzenia). Następnie obliczono powiązane statystyki roczne, w tym częstotliwość zdarzeń (tj. liczbę odrębnych zdarzeń występujących w każdym roku), średni roczny czas trwania, maksymalną roczną intensywność i całkowitą liczbę dni MHW w roku.
Częstotliwość morskich fal upałów wzrosła na 97% globalnej powierzchni oceanów, z wyjątkiem Północnego Atlantyku. Większość obszarów doświadczyło o 0,3-1,5 więcej fal upałów rocznie (czerwone cieniowanie) w latach 1987-2016 niż w latach 1925-54.
W badaniu niniejszym naukowcy napisali, że wiele z zarejestrowanych zmian miało miejsce w ciągu ostatnich kilku dekad, jak wynika z badania, co sugeruje, że trend ocieplenia przyspieszył w okresie 1925–2016.
Ponadto badacze podkreślili fakt, że średnie czasy trwania MHW dla całego oceanu od 1982 roku stały się dłuższe o 1,3 dnia na dekadę (prawdopodobieństwo: p < 0,01). Wzrost wskaźników częstotliwości i czasu trwania MHW przełożył się na 30 dodatkowych dni morskich fal upałów rocznie pod koniec 35-letniego okresu, podczas gdy w latach 80 poziom wyjściowy wynosił około 25 dni.
W artykule na łamach Carbon Brief, główny autor pracy zauważa również, że morskie fale upałów mogą się rozwijać na wiele sposobów. Wyjaśnia, że dwa główne mechanizmy są związane z prądami oceanicznymi lub atmosferą 2:
Prądy oceaniczne przemieszczają wodę w oceanie i, jak wiemy, niektóre z tych prądów – w tym Prąd Zatokowy i Prąd Wschodnioaustralijski – przenoszą ciepłą wodę do chłodniejszych regionów. Jeśli prądy te staną się silniejsze niż zwykle, mogą gromadzić ciepłą wodę w danym regionie i wywołać morską falę upałów.
W badaniu powyższym obliczono również oddzielny wkład różnych źródeł naturalnej zmienności w oceanach, takich jak: El Niño oscylacja południowa (ENSO – El Niño-Southern Oscillation), wielodekadowa oscylacja atlantycka (AMO – Atlantic Multidecadal Oscillation) i dekadowa oscylacja pacyficzna (PDO – Pacific Decadal Oscillation). I wprawdzie ich odkrycie ukazało trendy znaczącego występowania takich fal upałów w skali regionalnej, ale długoterminowe trendy nie zostały zaobserwowane w skali globalnej.
—
We wcześniejszejszej pracy Eric C. J. Oliver, pracujący wówczas w Instytucie Studiów Morskich i Antarktycznych na Uniwersytecie Tasmanii w Hobarcie, wraz ze swoimi współpracownikami, przedstawił następujące fakty dotyczące morskich fal upałów 3.
Częstotliwość ekstremalnych zjawisk ocieplenia oceanów wzrasta na całym świecie wraz z dalszymi emisjami gazów cieplarnianych do atmosfery, w tym też do oceanów. W latach 2015-16 około ¼ powierzchni oceanu doświadczyła MHW, które były najdłuższe i najintensywniejsze oraz najczęstsze, od początku rejestru pomiarów satelitarnych w 1982 roku.
Zdarzenia te w dużej mierze mocno zdewastowały ekosystemy morskie na całym świecie. Jednak wiedza na temat wpływu naturalnych zmienności klimatycznych oraz antropogenicznych zmian klimatu jest nadal jeszcze mocno ograniczona. Poszczególne MHW zostały zbadane pod kątem analizy czynników fizycznych oraz ich wpływu na środowisko naturalne w oceanach i morzach, zwłaszcza tropikalnych.
Podczas lat 2015/16, temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) w południowo-wschodniej Australii były cieplejsze tam aż o 3-4 °C powyżej średniej klimatycznej.
—
Rys.2. Anomalie średniej temperatury powierzchni morza (SST) dla lata australijskiego 2015/16 (grudzień-luty) w stosunku do klimatologii 1982-2011 z NOAA OI SST. Niebieski prostokąt podświetla region SEAus (południowo-wschodniej Australii). Czerwony trapez określa analizowany w tym badaniu region wokół Nowej Zelandii jako odbiorcę i źródło anomalii SST z fal Rossby’ego (Eric C. J. Oliver i inni, 2017).
—
Jak naukowcy zauważyli, ocean u wybrzeży południowo-wschodniej Australii to jest gorący punkt globalnego ocieplenia. Tamtejsze wody przypowierzchniowe ocieplają się prawie czterokrotnie szybciej niż średnia globalna, a wzrost temperatury wody jest już zauważony i zmierzony do głębokości 750 m. Ocieplenie to zostało przez badaczy powiązane ze wzmocnionym transportem gorących wód tropikalnych daleko na południe w Prądzie Wschodnioaustralijskim, napędzanym zwiększonym naprężeniem wiatru w środkowej szerokości południowego Pacyfiku. Przedłużenie tego prądu na południu na wysokości 33° szerokości geograficznej składa się z niestabilnego ciągu wirów mezoskalowych, co powoduje zwiększone mieszanie wirów w Morzu Tasmana. Przyszłe prognozy antropogenicznej zmiany klimatu wskazują również na dalsze wzmacnianie tegoż transportu coraz cieplejszych wód na południe we wzmocnionym Prądzie Wschodnioaustralijskim, które prawdopodobnie będzie miało związek ze zwiększonym naprężeniem wiatru nad południowym Pacyfikem i odpowiednim wzrostem prawdopodobieństwa wystąpienia ekstremalnych temperatur w tymże regionie Ziemi.
Naukowcy za pomocą obserwacji i pomiarów temperatury powierzchni morza (SST) in situ w Morzu Tasmana oraz za pomocą symulacji komputerowych w modelach numerycznych oceanu, dokonali analizy tempa przebiegu adwekcji temperatury poziomej w interakcji – atmosfera/ocean oraz w samym oceanie w ciągu najbliższych dekad. Ponadto dokonali szacunków zwiększonego ryzyka wpływu MHW na ekosystemy przybrzeżne w regionie.
Badacze w swoim artykule napisali:
Nasze podejście obejmuje syntezę obserwacji, teorii i modeli numerycznych.
Najpierw opisujemy zdarzenie na podstawie zdalnie wykrywanych pomiarów SST, a także przybrzeżnych pomiarów temperatury in situ oraz prędkości podpowierzchniowej.
Po drugie, określamy główne fizyczne czynniki napędzające MHW za pomocą oszacowań modelu oceanicznego, aby określić względny wkład adwekcji temperatury poziomej i strumieni ciepła powietrze-morze.
Po trzecie, używamy globalnych modeli klimatycznych do oszacowania zwiększonego ryzyka MHW na Morzu Tasmana, z czasem trwania i intensywnością tego konkretnego zdarzenia obserwowanego latem 2015/16, z powodu antropogenicznej zmiany klimatu.
Na koniec dokumentujemy, w jaki sposób MHW 2015/16 wpłynęła na regionalne ekosystemy przybrzeżne, w tym na sektor akwakultury i rybołówstwo o wartości miliarda dolarów.
—
Aby określić pełny zakres wpływu morskich fal upałów na różne oceany, Dan A. Smale badacz z Morskiego Stowarzyszenia Biologicznego (MBA – Marine Biological Association) w Plymouth w Wielkiej Brytanii i jego międzynarodowy zespół z 19 ośrodków badawczych, przeanalizowali dane z ponad 1000 badań terenowych, które wykazały, jak reagują organizmy i ekosystem 4.
W szczególności bardzo silnie narażone na wpływ MHW są gatunki ekosystemów przybrzeżnych, podwodnych, jak rafy koralowe, zbiorowiska wodorostów czy łąki traw morskich, jak i nadwodnych, jak lasy namorzynowe. Wśród fauny bardzo silnie zagrożone wymieraniem są nie tylko koralowce budujące rafy koralowe, ale i też wiele bezkręgowców jak np. uchowce, oraz wiele kręgowców, i to nie tylko ryb, ale i też ptaków i ssaków morskich, jak np. wieloryby czy lwy morskie.
Naukowcy obliczyli, że od początku lat 50 liczba dni MHW wzrosła o ponad 50%. Dan A. Smale, główny autor pracy w serwisie Phys.Org powiedział 5:
Na całym świecie morskie fale upałów stają się coraz częstsze i przedłużają się, a rekordowe zdarzenia zaobserwowano w większości basenów oceanicznych w ciągu ostatniej dekady.
Tak jak atmosferyczne fale upałów mogą niszczyć uprawy, lasy i populacje zwierząt, morskie fale upałów mogą niszczyć ekosystemy oceaniczne.
—
Fot.1. Na całym świecie morskie fale upałów stają się coraz częstsze i przedłużają się, a w ciągu ostatniej dekady w większości basenów oceanicznych zaobserwowano rekordowe zdarzenia (Zdjęcie z serwisu Phys.Org).
—
W 2011 roku, który wraz wystąpieniem bardzo silnej oscylacji oceanicznej La Niña paradoksalnie okazał się w skali planetarnej chłodniejszym od 1998 roku, w którym z kolei wystąpiło najsilniejsze w XX wieku El Niño, w południowo-wschodniej części Oceanu Indyjskiego u zachodnich wybrzeży Australii, wystąpiły (opisane już w książce), zarówno na lądzie, jak i w oceanie, tak silne fale upałów, że dokonały spustoszeń ekosystemu lądowego i całkowitego zniszczenia ekosystemu morskiego, a gatunki ryb z komercyjnych łowisk przeniosły się w głębsze chłodniejsze wody.
Z kolei w gorącym okresie 2013-14 (także już wspomnianym wcześniej), gdy na północno-wschodnim Pacyfiku pojawiła się plama gorąca, wody u wybrzeży Kalifornii nagrzały się aż o 6 stopni Celsjusza (10,8 Fahrenheita). Doprowadziło to do masowych zakwitów toksycznych glonów, które w ogromnej liczbie zabijały wieloryby, lwy morskie czy ptaki wodne. Dlatego też w tym regionie oceanicznym i podobnych, na wielu plażach ocean wyrzucał zwłoki tych zwierząt oraz wielu innych.
Dan A. Smale w serwisie Phys. Org jeszcze powiedział:
Morskie fale upałów mogą przeniknąć do setek metrów, chociaż do naszej analizy wykorzystaliśmy dane, które wychwytują tylko ocieplenie na powierzchni.
Ponieważ globalne ocieplenie powodowane przez człowieka ogrzewa planetę, oceany pochłonęły około 90 procent dodatkowego ciepła, to bez tej gąbki termicznej, temperatury powietrza byłyby nie do zniesienia.
Wcześniejsze badania wykazały, że, zgodnie z traktatem zapisanym w Porozumieniu Paryskim, nawet jeśli ludzkości uda się ograniczyć globalne ocieplenie do poziomu „znacznie poniżej” 2 stopni Celsjusza (3,6 stopni Fahrenheita), morskie fale upałów i tak jeszcze będą gwałtownie zwiększać swoją częstotliwość, intensywność i czas trwania.
—
Referencje:
1.Oliver E. C. J. et al., 2018 ; Longer and more frequent marine heatwaves over the past century ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-018-03732-9
2. McSweeney R., 2018 ; Marine heatwaves have become ‘34% more likely’ over past century ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/marine-heatwaves-have-become-34-more-likely-over-past-century
3. Oliver E. C. J. et al., 2017 ; The unprecedented 2015/16 Tasman Sea marine heatwave ; Nature Communications; https://www.nature.com/articles/ncomms16101
4. Smale D. A. et al., 2019 ; Marine heatwaves threaten global biodiversity and the provision of ecosystem services ; Nature Climate Change ; https://api.research-repository.uwa.edu.au/ws/files/69272031/AAM_marine_heatwaves_threaten.pdf
5. Hood M., 2019 ; Ocean heatwaves devastate wildlife, worse to come ; Phys. Org ; https://phys.org/news/2019-03-ocean-heatwaves-devastate-wildlife-worse.html