Niepokojącym zjawiskiem w ocieplających się oceanach jest pojawianie się coraz częstszych fal upałów, które wywołują często śmiertelne skutki w wymieraniu wielu osobników gatunków morskich, które są bardzo wrażliwe na skoki wysokich temperatur, które jeszcze mają tendencje do wydłużania się w czasie.
Szwajcarscy naukowcy z Centrum Badań Klimatu im. Oeschgera (Oeschger Center for Climate Research) na Uniwersytecie w Bernie: Charlotte Laufkötter, Jakob Zscheischler i Thomas Frölicher, w której dokonali oni analizy morskich fal upałów w ciągu ostatnich 40 lat na podstawie badań satelitarnych polegających na pomiarach temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) 1.
Co to jest generalnie morska fala upałów?
Jest to okres co najmniej pięciu dni z „ekstremalnie ciepłymi” temperaturami wód powierzchniowych.
Naukowcy obliczyli na podstawie badanego okresu z lat 1981-2017, że w pierwszej dekadzie wystąpiło 27 morskich fal upałów (MHW – Marine Heat Wave), które średnio trwały 32 dni i wynosiły 4,8 stopnia Celsjusza powyżej średniej wieloletniej. Ale w ostatniej dekadzie było już aż 172 przypadki MHW, które występowały średnio 48 dni i osiągały już 5,5 stopnia Celsjusza powyżej średniej.
Uczeni wyciągnęli następujący wniosek, przedstawiając go na łamach serwisu Phys.Org 2:
Temperatura w morzu zwykle zmienia się tylko nieznacznie. Tygodniowe odchylenia o 5,5 stopnia na obszarze 1,5 miliona kilometrów kwadratowych – obszarze 35 razy większym od Szwajcarii – stanowią niezwykłą zmianę w warunkach życia organizmów morskich.
Od około czterech dekad morskie fale upałów często prowadzą do zwiększenia się śmiertelności ptaków, ryb i ssaków morskich. Również ich obecność może sprzyjać powstawaniu szkodliwych zakwitów glonów, zwłaszcza sinic (cyjanobakterii), którym wzrost temperatury wód pomaga w intensywnym rozmnażaniu się i powodowaniu poważnych zaburzeń w ekosystemach wśród gatunków morskich. Np. w ograniczeniu ilości tlenu oraz składników pokarmowych w oceanach. Morskie fale upałów prowadzą również do blaknięcia koralowców.
Także MHW wywołują wymuszone migracje wielu gatunków ryb poszukujących chłodniejszych wód. Jak na to wskazują wyniki badań powyższych, mogą one już w niedalekiej przyszłości cieplarnianej przyczyniać się do częstego gwałtownego zanikania polarnych czap lodowych.
Rys.2. Anomalia temperatury powierzchni morza – Ocean Spokojny (zdjęcie z serwisu Phys.Org).
Obecność MHW ma charakter wybitnie antropogeniczny i niestety wszystko na to wskazuje, że ich oddziaływanie będzie jeszcze bardziej dotkliwe dla wielu gatunków morskich. Przyniesie to nie tylko szkody w wielu ekosystemach morskich, ale i także w gospodarce rybnej. A więc, będzie to również niekorzystne dla samych ludzi.
—-
Australijscy naukowcy z Uniwersytetu Tasmanii w Hobarcie: Hakase Hayashida, Peter G. Strutton i Richard J. Matear oraz Xuebing Zhang z instytutu CSIRO Oceany i Atmosfera w Hobarcie, zaprezentowali ciekawą analizę fizyczno-geograficzną, w której wzrost temperatury globalnej powodujący stymulację prądów morskich spowoduje w ciągu następnych trzech dekad intensyfikację morskich fal upałów 3.
MHW w szczególności będzie wzmocnione na odcinkach Prądu Leeuwin w Australii i Prądu Wschodnioaustralijskiego; Prądu Zatokowego w Stanach Zjednoczonych; japońskiego Prądu Kuroshio; a także najpotężniejszego ze wszystkich prądu morskiego, Antarktycznego Prądu Wokółbiegunowego.
Dr Hakase Hayashida z Zarządu Australijskich Badań Centrum Doskonałości Klimatycznych Ekstremów (ARC CECE – Australian Research Council Center of Excellence for Climate Extremes) w serwisie Science Daily powiedział 4:
Wiemy, że fale upałów na morzu nasilają się na całym świecie, ale decydenci, eksperci ds. rybołówstwa, przemysł akwakultury i ekolodzy muszą wiedzieć, jak to się rozegra na poziomie regionalnym, zwłaszcza pod względem miejsca ich występowania i tego, o ile będą one gorętsze.
Naukowcy przewidują za pomocą modeli, że wzmocnienia morskich fal upałów w pewnych obszarach Ziemi będą miały znaczący wpływ na ekosystemy morskie, zwłaszcza u wybrzeży. I np., gdy będą z dala od wybrzeży Tasmanii, nie wpłynie to zbyt destrukcyjnie na florę i faunę wybrzeży. Ale już np. Prąd Zatokowy u wybrzeży amerykańskich, od stanu Wirginia w USA do prowincji Nowego Brunszwiku w Kanadzie, płynący blisko wybrzeży, doświadczy dość intensywnie MHW.
Naukowcy zastosowali modele OFAM3 o wysokiej rozdzielczości przestrzennej, w której dokładnie mogli zbadać przebieg mezoskalowych wirów oceanicznych, badając przeszłość i przyszłość rozwoju MHW, w okresie od 1982 do 2050 roku.
W szczególności za pomocą tych nowoczesnych modeli naukowcy dokładniej przyjrzeli się zachodnim granicznym prądom morskim, w całości lub na danych odcinkach. Wyniki ich symulacji są porównywane z pomiarami modeli MGD skorelowanymi z pomiarami satelitarnymi i in situ temperatury powierzchni morza (SST – Sea Surface Temperature) wykonywanymi przez Japońską Agencję Meteorologiczną (JMA – Japan Meteorology Agency ), czy też z symulacjami modeli IPCC – CMIP5 (wielomodelowym średnim produktem 23 globalnych modeli), który obecnie już w analizowanym VI Raporcie Oceny IPCC będzie zastąpiony przez modele CMIP6.
Australijscy naukowcy zauważyli, że chociaż w zachodnich granicznych prądach pojawiały się bardziej intensywne morskie fale upałów, to już na skraju ich wyglądało to zupełnie inaczej. Wiry, które odrywały się od głównego prądu, tworzyły obszary, w których wzrost liczby dni fali upałów był niższy od średniej, a nawet niektóre regiony pokazywały niższą od średniej intensywność fal upałów. W szczególności było to widoczne w modelu OFAM3, który badacze z Hobartu zastosowali.
Profesor Peter Strutton, także w serwisie Science Daily powiedział:
Podobnie jak wiele aspektów systemu klimatycznego, ocieplenie oceanów nie jest wszędzie takie samo, co oznacza, że ekologia będzie inaczej reagować na globalne ocieplenie, w zależności od lokalizacji.
Takie szczegółowe modelowanie jest pierwszym krokiem w zrozumieniu, które ekosystemy będą się rozwijać lub zanikać, jak zmieni się produktywność oceanów i te części łańcucha pokarmowego, które najprawdopodobniej zostaną dotknięte. To jest dokładnie ten rodzaj wiedzy, którego potrzebujemy, aby dostosować się do nieuniknionych konsekwencji globalnego ocieplenia.
Generalnie intensyfikacja morskich fal upałów jest poważnym problemem dla organizmów morskich, które są bliskie przekroczenia swoich poziomów tolerancji termicznej. MHW mogą również zwiększać prawdopodobieństwo zmian ekosystemu poprzez mechanizmy inne niż stres termiczny.
Rys.85. Przewidywane dni morskiej fali upałów w zachodnich regionach granicznych.
Porównanie przestrzenne prognozowanych zmian (2021–2050 minus 1982–2018) rocznych dni morskich fal upałów (MHW) w:
a , b ) Prąd Kuroshio, c , d) Prąd Zatokowy, e , f) Prąd Agulhas, g , h) Prąd Wschodnioaustralijski oraz i , j) Prąd Brazylijski
Obecne regiony pomiędzy wynikiem modelu oceanicznego o wysokiej rozdzielczości (0,1°) (OFAM3; lewa kolumna) a 1° wielomodelowym średnim produktem 23 globalnych modeli klimatycznych (CMIP5; prawa kolumna) w ramach Reprezentatywnej Ścieżki Stężeń 8.5 (Hakase Hayashida i inni, 2020).
Rys.86. Przewidywana intensywność morskiej fali upałów w zachodnich regionach granicznych.
Porównanie przestrzenne prognozowanych zmian (2021–2050 minus 1982–2018) średniej intensywności morskiej fali upałów (MHW) w:
a , b) Prąd Kuroshio, c , d) Prąd Zatokowy, e , f) Prąd Agulhas, g , h) Prąd Wschodnioaustralijski oraz i , j) Prąd Brazylijski.
Obecne regiony między wynikiem modelu oceanicznego o wysokiej rozdzielczości (0,1°) (OFAM3; lewa kolumna ) a 1° wielomodelowym średnim produktem 23 globalnych modeli klimatycznych (CMIP5; prawa kolumna ) w ramach Reprezentatywnej ścieżki koncentracji 8.5 (Hakase Hayashida i inni, 2020).
Skutki ekologiczne i ekonomiczne coraz częstszych zdarzeń związanych z MHW obejmują również lokalne wymieranie lasów namorzynowych i wodorostów, bielenie koralowców, podwyższoną śmiertelność bezkręgowców, ryb, ptaków i ssaków morskich, a także nasila inwazje obcych gatunków.
——–
Praca zespołowa Hillary A. Scannell, doktorantki oceanografii na Uniwersytecie Waszyngtońskim, pokazała, że wzrost częstotliwości, intensywności i czasu trwania morskich fal upałów stał się bardziej powszechny od lat 70 XX wieku. Autorzy przeanalizowali 65 lat obserwacji temperatury powierzchni oceanów, od 1950 do 2014 roku, a także przyjrzeli się, jak MHW w północno-zachodnim Atlantyku u wybrzeży Nowej Anglii oraz ciepła plama gorąca z okresu 2013-14, nakładały się na siebie 5.
MHW na północno-zachodnim Atlantyku wówczas miały rozmiar obszaru Stanów Zjednoczonych i trwały przez trzy miesiące. Temperatura w oceanie wynosiła 2 stopnie Fahrenheita (1,1 stopnia Celsjusza) powyżej średniej. Naukowcy obliczają, że prawdopodobnie wystąpią one naturalnie średnio co pięć lat na Północnym Atlantyku i północno-zachodnim Pacyfiku.
Jednak częściej zdarzenia z MHW będą pojawiały się na północno-wschodnim Pacyfiku. Plama gorąca miała tam jeszcze większy zasięg. Temperatura w wodach oceanu wynosiła wtedy 2,5 stopnia Fahrenheita (1,5 stopnia Celsjusza) powyżej średniej. MHW trwała w tym regionie aż 17 miesięcy. I także z wyników badań wynika, że naturalnie będzie ona występować średnio co 5 lat.
Tutaj jeszcze trzeba zwrócić uwagę, że najbardziej prawdopodobne wystąpienie rozległych, długotrwałych i coraz intensywniejszych morskich fal upałów będzie miało miejsce podczas występowania silnych El Niño, zwłaszcza takich jak w okresie lat 2015-16. Nałożenie się plamy gorąca w latach 2013-14 przyniosło ogromny wzrost temperatury w Pacyfiku, ale i też pośrednio w Atlantyku. Miało to poważne skutki w spustoszeniu flory i fauny morskiej.
Referencje:
- Laufkötter C. et al., 2020 ; High-impact marine heatwaves attributable to human-induced global Warming ; Science ; https://www.science.org/doi/10.1126/science.aba0690
- University of Bern, 2020 ; Marine heatwaves are human-made ; Phys.Org ; https://phys.org/news/2020-09-marine-heatwaves-human-made.html
- Hayashida H. et al., 2020 ; Insights into projected changes in marine heatwaves from a high-resolution ocean circulation model ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/s41467-020-18241-x
- University of New South Wales, 2020 ; Where marine heatwaves will intensify fastest: New analysis ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2020/08/200828102157.htm
- Scannell H. A. et al., 2016 ; Frequency of marine heatwaves in the North Atlantic and North Pacific since 1950 ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2015GL067308