W pierwszych latach XXI wieku naukowcy zaobserwowali, że na północnym Atlantyku został zaburzony mechanizm zatapiania słonych wód – tzw. Północnoatlantyckie Wody Głębinowe (NADW – North Atlantic Deep Water). Badania obserwacyjne oraz symulacje modeli klimatycznych pokazują, że Prąd Zatokowy coraz bardziej zwalnia.
Badania brytyjskich naukowców Harry’ego L. Brydena, Hannah R. Longworth i Stewarta A. Cunninghama z Narodowego Centrum Oceanografii w Southampton w Wielkiej Brytanii, że przepływ Prądu Zatokowego, w badanym okresie czasu 1957-2017, zmniejszył się już o 30% 1.
Naukowcy poddali badaniu odcinek transatlantycki wzdłuż szerokości geograficznej 25°N w celu podstawowego oszacowania cyrkulacji wymiennej i związanego z nią transportu ciepła. Następnie porównali go z czterema poprzednimi odcinkami wykonanymi w ciągu ostatnich pięćdziesięciu lat.
Autorzy na wstępie swojej pracy piszą:
Atlantycka Południkowa Cyrkulacja Wymienna (AMOC – Atlantic Meridional Overturning Circulation) przenosi ciepłe wody górne na dalekie północne szerokości geograficzne i zawraca zimne, głębokie wody na południe przez równik. Jej transport ciepła w znacznym stopniu przyczynia się do umiarkowanego klimatu morskiej i kontynentalnej Europy, a jakiekolwiek spowolnienie cyrkulacji zwrotnej miałoby poważne konsekwencje dla zmian klimatycznych.
—-
Stefan Rahmstorf z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu, min. z Michaelem Mannem z Wydziału Meteorologii w Penn State i Jasonem Boxem ze Służby Geologicznej Danii i Grenlandii (GEUS – Geologic Survey of Denmark and Greenland) w Kopenhadze, zauważyli, że gdy jest mowa o słabnięciu AMOC, to zwalnia Prąd Zatokowy (Golfsztrom), który jest w pętli tej cyrkulacji oceanicznej 2.
Naukowcy zaobserwowali na podstawie badań proxy koralowców oraz badań izotopów wody, że w chłodniejszych czasach przedindustrialnych, Golfsztrom płynął szybciej z Karaibów wzdłuż wschodnich wybrzeży Ameryki Północnej, skręcając na wschód w kierunku południowej Grenlandii. Część jego wód była systematycznie zatapiana, a część płynęła w kierunku Europy już w Prądzie Północnoatlantyckim, silnie ogrzewając ten kontynent, a część tych wód płynęła dalej na północ w kierunku Arktyki.
—
Rys.1. Trendy liniowe temperatury powierzchni od 1901 r. Na podstawie danych temperaturowych NASA GISS (ref. 48). a, Globalna mapa równego obszaru (projekcja Hammera) dla lat 1901–2013; biały oznacza niewystarczające dane. b, Ta sama analiza dla sektora północnoatlantyckiego w latach 1901-2000. Oprócz obserwowanych trendów temperatur b pokazuje również punkty siatki (czarne kółka) regionu podbiegunowo-wirowego, w którym modele podlegały silnej redukcji AMOC wywołanej przez dodanie anomalii słodkowodnych do północnego Atlantyku (Stefan Rahmstorf i in., 2015).
—
Jednak jak podkreślili badacze w swojej pracy, z powodu emisji gazów cieplarnianych i dalszego ocieplania planety od drugiej połowy XX wieku, Prąd Zatokowy zaczął coraz bardziej spowalniać, zwłaszcza od lat 90 XX wieku. Miał na to wpływ zwiększonego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii powodującego spływ do północnego Atlantyku wód słodkich.
I wszystko jest możliwe, że pod koniec naszego wieku AMOC już bardzo silnie spowolni, a nawet zatrzyma się przez to Prąd Zatokowy. Modele klimatyczne, którymi posłużyli się naukowcy, wskazały, że w przyszłych dekadach może często dochodzić w sezonie zimowym do ochłodzenia regionów Europy Zachodniej, choć w porze letniej mogą występować dłuższe i intensywniejsze fale upałów oraz susze.
Również w tymże badaniu Rahmstorf i jego współpracownicy zauważyli drugie niepokojące zjawisko fizyczne. Mianowicie, na południe od Grenlandii nad oceanem, a także w nim samym, wytworzyła się anomalia niskiej temperatury poniżej średniej światowej, zwana zimną plamą (Cold Blob), która właśnie powstała z powodu spływu lodu z topniejącej pokrywy lodowej Grenlandii i wysładzania oraz ochładzania północnego Atlantyku. Ma to wpływ na coraz większe „zacinanie się” mechanizmu NADW, inaczej zwanego też downwellingiem, będącego także częścią AMOC.
Ponadto naukowcy zaobserwowali, że z powodu zwalniania Prądu Zatokowego, poziom wód północnego Atlantyku wokół wybrzeży północno-wschodnich USA bardzo silnie ogrzewa się grubo powyżej średniej światowej oraz mocno podnosi się, co jest ewenementem na półkuli północnej. Dlatego też ten rejon Ziemi może być narażony na jeszcze gwałtowniejsze huragany. Tak więc, częstość huraganów o intensywności jak Sandy w 2012 r. będzie z biegiem lat również coraz bardziej rosła, kierując się dalej na wyższe szerokości geograficzne i często opuszczając strefę wód subtropikalnych.
—-
Jak wspomnieliśmy wcześniej, zimna plama na południe od Grenlandii jest obszarem nie tylko anomalii zimna poniżej średniej światowej, ale i także jest najzimniejszym regionem morskim na Ziemi. Główną przyczyną jej powstania jest wspomniane topnienie pokrywy lodowej Grenlandii, co prowadzi nie tylko do spowalniania Prądu Zatokowego i AMOC, czyli do spowalniania napływu ciepłych mas wody z tropikalnych Karaibów, ale i do innych procesów zaburzających dynamikę i stabilność tego obszaru na Ziemi.
Paul Keil z Instytutu Meterologii im. Maxa Plancka w Hamburgu oraz jego współpracownicy, stwierdzili, że do powstawania zimnej plamy przyczyniło się też powstawanie większego zachmurzenia nad tym rejonem gdzie jest mniejszy dopływ promieni słonecznych do powierzchni oceanu, gdyż są one odbijane od jasnych powierzchni niskich chmur oraz przyczyną mogło być powstanie wiru subpolarnego wypychającego ciepłe masy wody z rejonu zimnej plamy 3.
Naukowcy zaobserwowali, że pomimo globalnego ocieplenia, region północnoatlantycki ochładza się, co jest zjawiskiem znanym jako przerwa ocieplenia (WH – Warming Hole). Jej pojawienie się ma związek ze spowolnieniem atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej (AMOC – Atlantic Meridional Overturning Circulation), co prowadzi do zmniejszenia transportu ciepła oceanicznego do regionu przerwy ocieplenia.
Zespół Keila zwrócił jeszcze uwagę, że oprócz zmniejszonego importu ciepła z niskich szerokości geograficznych, mamy zaobserwowany zwiększony transport ciepła oceanicznego z regionu WH na wyższe szerokości geograficzne. Również badacze zauważyli, że w obszarze na południe od Grenlandii dominuje silne ujemne sprzężenie zwrotne chmur, co sprzyja umacnianiu się formowania przerwy ocieplenia. Ogólnie badacze podkreślili, że to zjawisko atmosferyczno-oceaniczne powstało pod wpływem antropogenicznych emisji gazów cieplarnianych. W swojej pracy stwierdzili następujący fakt:
W symulacjach modeli klimatycznych z okresu historycznego zanik atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej na niskich szerokościach geograficznych nie wynikał z naturalnej zmienności, podczas gdy przyspieszenie transportu ciepła do wyższych szerokości geograficznych jest wyraźnie związane z wymuszeniami antropogenicznymi. Zarówno wymiana, jak i cyrkulacja wirowa przyczyniają się do zwiększonego transportu ciepła oceanicznego na wysokie szerokości geograficzne, a zatem mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia przeszłych i przyszłych ewolucji przerwy ocieplenia.
—
Rys.2. Schematyczna ilustracja czynników przerwy ocieplenia (WH – Warming Hole). AMOC jest oznaczony czerwonymi strzałkami, cyrkulacja wiru niebieskimi strzałkami, a sprzężenie zwrotne chmur w postaci odbitego promieniowania krótkofalowego żółtymi strzałkami. Zacieniowanie przedstawia trend temperatury powierzchni przy wzroście CO2 o 1 procent w ciągu roku w zestawie (Paul Keil i inni, 2020).
—
W serwisie Carbon Brief doktorant Paul Keil powiedział 4:
Mniej ciepła woda pochodząca z tropików wpływa na chłodzenie Północnego Atlantyku, co równoważy ogólne ocieplenie oceanu spowodowane wzrostem temperatury na świecie. W rezultacie przerwa ocieplenia jest przypisywana głównie spowolnieniu AMOC.
—-
Jest jeszcze jedna alternatywna zespołowa praca naukowa na temat spowalniania AMOC. Jest to praca pod kierownictwem uznanego klimatologa Jamesa Hansena, byłego pracownika Uniwersytetu Columbia w Instytucie Ziemi, w której naukowiec wysunął śmiałą i dość kontrowersyjną tezę, której nie należy lekceważyć 5.
Zdaniem badaczy, którzy wykorzystali dane z modeli klimatycznych, badań proxy i z obserwacji, skoro Golfsztrom zwolni znacząco albo ustanie, to i tak energia cieplna gwałtownie trafi do atmosfery. I bardzo silnie nagrzane masy powietrza spowodują powstanie superhuraganów zwanych hiperkanami, które będą w coraz cieplejszym świecie nawiedzać wybrzeża Atlantyku w Europie i w Ameryce Północnej, a temperatura powietrza bardziej ekstremalnie wzrośnie przynosząc z sobą wiele innych pozostałych ekstremalnych zjawisk pogodowych włącznie z powodziami i suszami, pożarami oraz wielokrotnie szybszym wzrostem poziomu morza.
Analogii opisanych wydarzeń jakie mogą zdarzyć się w coraz cieplejszym świecie z coraz silniejszymi tropikalnymi cyklonami, Hansen i jego współpracownicy doszukali się na podstawie danych paleoklimatycznych, w dokładnej lokalizacji i analizie rdzeni oceanicznych i lodowych, gdy 120 tysięcy lat temu gigantyczne fale sztormowe wyrzuciły ogromne głazy na wybrzeża Bahamów na dość dużą wysokość nad poziomem morza. I takie ślady geologicznej przeszłości z eemianu (poprzedniego interglacjału) sprzed 118 tysięcy lat temu, właśnie znaleźli uczeni tam na tych wyspach.
Również po dokładnej analizie rekonstrukcji klimatu w poprzednim interglacjale eemskim, Hansen i jego współpracownicy zaobserwowali, że w ciągu nawet 50-150 lat wzrost poziomu morza może nawet wynieść kilka metrów z powodu kontynuacji dalszego spalania paliw kopalnych. A więc, jak wynika z przeprowadzonych badań, takie krytyczne obszary nisko położone, jak Bangladesz nad Oceanem Indyjskim czy Holandia nad Morzem Północnym, będą znacznie szybciej zalane. Jednak podkreślają uczeni, że czarny scenariusz nie musi się ziścić, jeśli tylko jako ludzkość podejmiemy stanowcze kroki do redukcji emisji gazów cieplarnianych.
Naukowcy narysowali również scenariusz spowolnienia lub zatrzymania Golfsztromu bez ochłodzenia regionalnego Europy, co okazało się nowością nigdy wcześniej nie opisywaną.
Pracy Hansena i jego zespołu naukowego nie zlekceważyło wielu znakomitych klimatologów. Należą do nich: glacjolożka Ruth Mottram specjalizująca się w badaniach lądolodu Grenlandii, geolog Richard Alley specjalizujący się w obiegu dwutlenku węgla, paleontolog Michael Mann, będący też twórcą słynnego „kija hokejowego”, paleoklimatolożka Kim Cobb, specjalistka od korali i stalagmitów jaskiniowych czy też współautor pracy i glacjolog Eric Rignot będący specjalistą od czap lodowych Grenlandii i Antarktydy.
—
Fot.1. Głaz na grzbiecie wybrzeża wyspy North Eleuthera na Bahamach. Szacunkowa waga to około 2300 ton (Paul Hearty, 1997)
—
Symulacje komputerowe zostały wykonane za pomocą modeli: ER GISS symulującego dynamikę oceanu oraz E GISS symulującego dynamikę atmosfery.
Marcin Popkiewicz na portalu Nauka o Klimacie tak pisze w swoim artykule „Może być niedobrze, ekstremalna prognoza Jamesa Hansena wchodzi do kanonu nauki”, na temat pracy zespołowej Jamesa Hansena 6:
W artykule przedstawiony jest mechanizm zdaniem autorów mogący prowadzić do gwałtownego przekroczenia punktów krytycznych w systemie klimatycznym, co doprowadzi także do innych niż wzrost poziomu morza zmian na naszej planecie. Ważnym elementem ziemskiego systemu klimatycznego jest cyrkulacja termohalinowa, czyli powierzchniowe i głębinowe prądy morskie dystrybuujące ciepło z rejonów międzyzwrotnikowych w wyższe szerokości geograficzne. Kluczowym elementem napędzającym ten układ jest powstawanie podczas jesiennego i zimowego zamarzania powierzchni Północnego Atlantyku zimnej, słonej wody, która opada w głąb oceanu.
Naukowcy powyższej pracy mówią na jej wstępie:
Modelowanie, dowody paleoklimatyczne i bieżące obserwacje razem wskazują, że globalne ocieplenie o 2°C powyżej poziomu sprzed epoki przemysłowej może być niebezpieczne. Przewiduje się, że utrzymujące się wysokie emisje z paliw kopalnych w tym stuleciu spowodują:
1) ochłodzenie Oceanu Południowego, zwłaszcza na półkuli zachodniej
2) spowolnienie cyrkulacji zwrotnikowej na Oceanie Południowym, ocieplenie szelfów lodowych i rosnący ubytek masy lądolodu
3) spowolnienie i ewentualne zamknięcie atlantyckiej cyrkulacji zwrotnikowej z ochłodzeniem regionu północnoatlantyckiego
4) coraz silniejsze burze
5) nieliniowo rosnący wzrost poziomu morza, sięgający kilku metrów w skali czasowej 50-150 lat
Przewidywania te, zwłaszcza ochłodzenie w rejonie Oceanu Południowego i Północnego Atlantyku oraz znacznie mniejsze ocieplenie lub nawet ochłodzenie w Europie, różnią się zasadniczo od istniejących ocen zmian klimatu omówionych w tejże pracy. Omawiamy obserwacje i badania modelowe potrzebne do obalenia lub wyjaśnienia tych twierdzeń.
Referencje:
- Bryde H. L. et al., 2005 ; Slowing of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at 25°N ; Nature ; https://www.nature.com/articles/nature04385
- Rahmstorf S. et al., 2015 ; Exceptional twentieth-century slowdown in Atlantic Ocean overturning circulation ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/274407254_Exceptional_twentieth-Century_slowdown_in_Atlantic_Ocean_overturning_circulation
- Keil Paul et al., 2020 ; Multiple drivers of the North Atlantic warming hole ; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/publication/342535987_Multiple_drivers_of_the_North_Atlantic_warming_hole
- McSweeney R., 2020 ; Scientists shed light on human causes of North Atlantic’s ‘cold blob’ ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/scientists-shed-light-on-human-causes-of-north-atlantics-cold-blob
- Hansen J. et al., 2016 ; Ice melt, sea level rise and superstorms: evidence from paleoclimate data, climate modeling, and modern observations that 2 °C global warming could be dangerous ; Atmospheric Chemistry and Physics ; https://www.researchgate.net/publication/280878280_Ice_Melt_Sea_Level_Rise_and_Superstorms_Evidence_from_Paleoclimate_Data_Climate_Modeling_and_Modern_Observations_that_2C_Global_Warming_is_Highly_Dangerous
- Popkiewicz M., 2016 ; Może być niedobrze, ekstremalna prognoza Jamesa Hansena wchodzi do kanonu nauki ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/moze-byc-niedobrze-ekstremalna-prognoza-jamesa-hansena-wchodzi-do-kanonu-nauki-169/