W pierwszych latach XXI wieku, naukowcy zaobserwowali, że na północnym Atlantyku został zaburzony mechanizm zatapiania słonych wód – NADW (North Atlantic Deep Water – Północnoatlantyckie Wody Głębinowe). 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* pokazały w 2005 roku, że przepływ Prądu Zatokowego, w badanym okresie czasu 1957-2017, zmniejszył się już o 30 %.
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.
Rys.1. Pionowy rozkład południkowego przepływu geostroficznego środkowego oceanu w przekroju 25° N. Transport na jednostkę głębokości (w m2 s-1) reprezentuje uśrednioną strefowo prędkość geostroficzną w kierunku północnym pomnożoną przez odległość strefową w przekroju na każdej głębokości.
a) profil od góry do dołu ukazujący ogólne podobieństwo w strukturze pionowej przepływu dla każdego odcinka z przepływem na południe w wodach górnych, przepływem wód pośrednich na północ, przepływem wód głębokich na południe na głębokości 1200–5000 m, oraz przepływ na północ w wodach przydennych.
b) rozszerzony profil przepływu termokliny pokazujący silniejszy przepływ w kierunku południowym na odcinkach w latach 1998 i 2004.
c) rozszerzony profil poniżej 1000 m głębokości pokazujący dwa rdzenie płynącego na południe górnego NADW wyśrodkowanego na około 2000 m głębokości i dolnego NADW wyśrodkowanego na 4000 m głębokości
Autorzy na wstępie swojej pracy napisali:
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 na Uniwersytecie Stanowym w Pensylwanii (Penn State University) 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, czyli Golfsztrom, który jest w pętli tej cyrkulacji oceanicznej.
Naukowcy zaobserwowali na podstawie badań proxy koralowców oraz 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.
Jednak jak podkreślają to badacze powyższej 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, z powodu 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 będą częste, dłuższe i intensywniejsze fale upałów oraz susze.
Rys.2. Liniowy trend wzrostu temperatury w okresie 1900-2013. Na tle ogarniającego całą kulę ziemską ocieplenia, ochłodzenie subpolarnego Północnego Atlantyku jest szczególne wyraźne i dobrze udokumentowane licznymi pomiarami – w odróżnieniu od niewielkiego obszaru w Afryce Północnej, który uważa się za artefakt niekompletnych i niejednorodnych danych pomiarowych ze stacji meteorologicznych (Rahmstorf S. et al., 2015).
Również w swej pracy Rahmstorf ze swoimi współpracownikami zauważyli drugie niepokojące zjawisko fizyczne, że na południe od Grenlandii wytworzyła się anomalia zimna 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 Północnoatlantyckie Wody Głębinowe (NADW – North Atlantic Deep Water), inaczej zwanego 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 opuszczając strefę wód subtropikalnych.
Cold blob, czyli zimna plama na południe od Grenlandii jest najzimniejszym regionem morskim na Ziemi. Główną przyczyną jej powstania jest wspomniane topnienie pokrywy lodowej tego lądolodu 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.
Według pracy badawczej Paula Keila z Instytutu Meterologii im. Maxa Plancka w Hamburgu oraz jego współpracowników*, 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 było powstanie wiru subpolarnego wypychającego ciepłe masy wody z rejonu zimnej plamy.
Rys.3. 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 (Keil P. et al., 2020).
Naukowcy piszą:
Zaobserwowano, że pomimo globalnego ocieplenia, region na Oceanie Północnoatlantyckim ochładza się, co jest zjawiskiem znanym jako przerwa ocieplenia. Jego pojawienie się wiąże się ze spowolnieniem atlantyckiej południkowej cyrkulacji wymiennej (AMOC), co prowadzi do zmniejszenia transportu ciepła oceanicznego do regionu przerwy ocieplenia.
Tutaj pokazujemy, że oprócz zmniejszonego importu ciepła w niskich szerokościach geograficznych, zwiększony transport ciepła oceanicznego z regionu do wyższych szerokości geograficznych i krótkofalowe sprzężenie zwrotne chmur dominuje nad formowaniem i czasową ewolucją dziury ocieplającej się pod wpływem gazów cieplarnianych.
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 dużych szerokościach geograficznych, a zatem mają kluczowe znaczenie dla zrozumienia przeszłych i przyszłych ewolucji przerwy ocieplenia.
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.
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 sztormy wyrzuciły ogromne głazy przez fale 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, 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: glacjolog 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.
Symulacje komputerowe zostały wykonane za pomocą modeli: ER GISS symulującego dynamikę oceanu oraz E GISS symulującego dynamikę atmosfery.
–
Referencje:
1. Bryde H. L. et al., 2005 ; Slowing of the Atlantic Meridional Overturning Circulation at 25°N ; Nature ; https://www.nature.com/articles/nature04385
2. Rahmstorf S. et al., 2015 ; Exceptional twentieth-century slowdown in Atlantic Ocean overturning circulation ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/nclimate2554
3. Keil Paul et al., 2020 ; Multiple drivers of the North Atlantic warming hole ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-020-0819-8