Północnoatlantyckie wody głębinowe

Z Wikipedii, wolnej encyklopedii
Skocz do: nawigacja, szukaj
Schemat „kominów wentylacyjnych” na granicy między Morzem Arktycznym i Atlantykiem

Północnoatlantyckie wody głębinowe (ang. North Atlantic Deep Water, NADW) – masa wody o dużej gęstości, powstająca po zwiększeniu zasolenia i ochłodzeniu wód Prądu Północnoatlantyckiego i ulegająca w strefie arktycznej downwellingowi („zatapianiu”). NADW spływa w dół tworząc powrotne prądy oceaniczne – głębinowy i przydenny, płynące w kierunku Oceanu Południowego. Downwelling jest jedną z sił napędowych cyrkulacji termohalinowej – globalnego obiegu wód oceanicznych, przenoszących ciepło i sole mineralne. Od jego intensywności zależą warunki meteorologiczne w Europie (zob. Oscylacja Północnoatlantycka); jako element pętli cyrkulacji globalnej wpływa na zmiany klimatu Ziemi[1][2].

Współczesny globalny transporter[edytuj | edytuj kod]

Ciepło zgromadzone w silnie nasłonecznionej strefie międzyzwrotnikowej dociera na wyższe szerokości geograficzne wraz z masami powietrza – ogrzanego i wilgotnego (ciepło utajone) – i z masami powierzchniowych wód oceanicznych. Wielki strumień energii niosą m.in. wody Prądu Zatokowego – ok. 150 mln m³ wody ogrzanej powyżej 25 °C. Jest to objętość większa 250 razy od sumy objętości wszystkich rzek wpływających do Atlantyku. Główna część strumienia pochodzi z Oceanu Południowego[3]. Ten wielki oceaniczny „transporter ciepła” (pas transmisyjny), przemieszczający się ze średnią prędkością 3,6 km/h[4] działa w ścisłym związku z procesami globalnej cyrkulacji atmosferycznej. Znajduje to wyraz w zjawisku Oscylacji Północnoatlantyckiej, związanym ze zmianami położenia i głębokości Wyżu Azorskiego i Niżu Islandzkiego[2].

1
Globalny „transporter solny” przenosi ciepło ze strefy międzyzwrotnikowej do Północnego Atlantyku. Dominuje tu Prąd Zatokowy (Golfsztrom) – połączenie Prądu Florydzkiego z Prądem Antylskim (model W.S. Broeckera, publ. Nature 1987 r.)[5][2].
2
Płynąca na północ woda Golfsztromu stygnie – ogrzewa i nawilża masy powietrza, płynące nad Europę.
3
W okolicy GrenlandiiIslandii prąd natrafia na barierę – rozgałęzia się. Wraca do Oceanu Południowego różnymi drogami.
4
Część wody wraca przez Atlantyk (prądy głębinoweabisalne), a część przez Ocean ArktycznySpokojny.
Strefa powstawania NADW jest elementem globalnego oceanicznego transportera ciepła
Wyspa Niedźwiedzia – nazywana „wyspą mgieł i wiatrów” – znajduje się w rejonie „komina wentylacyjnego”[2]

Największa ilość ciepła jest oddawana atmosferze w rejonie Grenlandii, Islandii i Wysp Owczych, gdzie prąd powierzchniowy natrafia na podwodną barierę – grzbiet między oceanami. Na tym stosunkowo niewielkim obszarze (powierzchnia zbliżona do powierzchni Bałtyku) woda traci ok. 25 % ciepła oddawanego przez cały Atlantyk. Knut Aagaard (University of Washington) – wieloletni badacz Arktyki[6][7] nazwał te rejony „kominami wentylacyjnymi”[2].

Ochłodzona woda powierzchniowa zapada się pod arktyczną pokrywę lodową lub warstwę wody powierzchniowej, tworząc atlantycki prąd głębinowy, płynący w kierunku Oceanu Południowego. Część wód wraca do tego oceanu przez Morze Arktyczne, Cieśninę Beringa i Ocean Spokojny[2].

Dzisiejsze NADW[edytuj | edytuj kod]

Downwelling arktyczny jest głównym źródłem głębinowych wód Oceanu Indyjskiego i Pacyfiku. Arktyczna woda pośrednia ma temperaturę ok. 2,5–3,5 °C i zasolenie PSU ≅ 34,5. Temperatura wody przydennej jest zmienna w zakresie od ok. 1 °C do > 3,5 °C, a zasolenie PSU ≅ 35. Jest to wartość większa od PSU wód najbardziej gęstych na Ziemi – spływających do strefy przydennej z lodowca Antarktydy (PSU ≅ 34,6–34,7); ich najwyższa gęstość jest konsekwencją niskiej temperatury, zbliżonej do –2 °C (granica zamarzania)[2].

Zatopione ciężkie wody arktyczne (opadające z prędkością kilkudziesięciu centymetrów na sekundę) po przebyciu Atlantyku łączą się z wodami downweelingu wokół Antarktydy – tworzą warstwę między dennymi i pośrednimi wodami antarktycznymi. Razem powoli przemieszczają się między oceanami, przenosząc sole mineralne do odległych obszarów, w których ponownie się wynurzają (upwelling), co sprzyja rozwojowi rozwojowi organizmów wodnych (np. bogate przybrzeżne łowiska Peru). Po powrocie do wód powierzchniowych w strefie międzyzwrotnikowej znów ogrzewają się i transportują ciepło na północ. Cząsteczki wody pochodzącej z NADW powracają do rejonu arktycznego po kilkuset latach[8].

NADW a globalne zmiany klimatu[edytuj | edytuj kod]

Prognozowanie przyszłości[edytuj | edytuj kod]

Rozwijany od lat 80. XX w. model transportera, opisany po raz pierwszy przez W. S. Broeckera w 1987 roku, stał się jedną z ważnych podstaw dla prognozowania zmian klimatu Ziemi, np. metodą modelowania matematycznego. Topniejący lądolód Grenlandii i pokrywa lodowa rejonu bieguna północnego są uznawane za źródła słodkiej wody, której dopływ do oceanu powoduje rozcieńczenie wody powierzchniowej, zmniejszając jej gęstość. Zwalnia to lub zatrzymuje downwelling – silnik oceanicznego transportera. Konsekwencją zdarzenia wywołanego ociepleniem może więc być zahamowanie dostawy ciepła, czyli ochłodzenie rejonu Arktyki i Północnej Europy (sprzężenie zwrotne ujemne)[a][9]. Wiarygodność takich prognoz nie została dotychczas jednoznacznie potwierdzona[10].

Weryfikacja modeli na postawie przeszłości[edytuj | edytuj kod]

Opisany „solny transporter” ciepła mógł powstać w ziemskich oceanach dopiero w sytuacji, w której na obu biegunach utworzyły się lądolody i morskie pokrywy lodowe. Było to poprzedzone licznymi charakterystycznymi zdarzeniami w historii ewolucji skorupy Ziemskiej (zob. tektonika płyt), np.[10]:

  • ok. 30–25 mln lat temu – oderwaniem się płyty południowoamerykańskiej od antarktycznej, czyli otwarciem Cieśniny Drake’a (wcześniejszy oceaniczny prąd wokółrównikowy – przez Morze Śródziemne – zastępuje prąd wokółantarktyczny),
  • ok. 15–10 mln lat temu – pogrążenie się grzbietu Grenlandia–Islandia–Wyspy Owcze i napływ na południe abisalnej wody z Morza Arktycznego,
  • ok. 5–3 mln lat temu – zamknięcie Przesmyku Panamskiego (połączenie się płyt południowo- i północnoamerykańskiej; wzmocnienie Prądu Zatokowego).

Ostatni okres kenozoikuczwartorzęd (od 2,588 mln temu do dziś) – charakteryzuje występowanie okresowych zlodowaceń i interglacjałów. Istnieją hipotezy wiążące przejścia między tymi okresami z cyklicznym zatrzymywaniem i uruchamianiem transportera solnego, czyli zwalnianiem i przyspieszaniem downwellingu North Atlantic Deep Water, jednak problem nie został dotychczas ostatecznie rozwiązany. Próbując znaleźć odpowiedź na pytanie o przyczyny zlodowaceń Tjeerd H. van Andel napisał w roku 1994, we wprowadzeniu do rozdziału Ku epoce lodowej książki Nowe spojrzenie na starą planetę[10]:

Na ostateczną odpowiedź jest jeszcze za wcześnie, bo wciąż uświadamiamy sobie działanie nowych sił kierujących klimatem, w pełni rozumiemy zaledwie kilka, a jeszcze długo nie będziemy w stanie powiedzieć, czy któraś z nich jest ważniejsza niż inne lub jak współdziałają one między sobą. W tym względzie minione dziesięciolecie przyniosło zmianę naszego zadufania w pokorę, co zresztą nie jest rzadkim zjawiskiem w rozwoju nauki. Zacznę od oceanów, w naiwnym przekonaniu, że rozumiemy je najlepiej.

Do zdarzeń, których przyczyny są niemal powszechnie akceptowane, należy np. ekspansja lodowca w młodszym dryasie (10,7–9,1 tys. lat temu). Przypuszcza się, że w końcu zlodowacenia z lądolodów topniejących na Płaskowyżu Laurentyńskim i Półwyspie Skandynawskim do Północnego Atlantyku napłynęła wielka ilość słodkiej wody. Zatrzymanie transportera ciepła spowodowało nawrót chłodu i okresowe zahamowanie topnienia. Sytuacja powtarzała się co najmniej trzykrotnie[11]. Najlepiej znane zdarzenie było spowodowane gwałtownym odpływem wód roztopowych lądolodu laurentyjskiego, zgromadzonych w jeziorze Agassiz (po pęknięciu bariery lodowej). Z użyciem różnych technik badawczych stwierdzono, że w ciągu krótkiego czasu 9,5 tys. km³ słodkiej wody spłynęło (prawdopodobnie doliną rzeki Mackenzie) do Atlantyku i gwałtownie zahamowało prąd zatokowy powodując oziębienie północnej półkuli[12][13].

Zobacz też[edytuj | edytuj kod]

Uwagi

  1. Wskazanie przez klimatologów możliwych katastrofalnych skutków zatrzymania transportera było inspiracją dla twórców filmu Pojutrze.

Przypisy

  1. Tjeerd H. van Andel (tłum Władysław Studencki): Nowe spojrzenie na Starą Planetę. Zmienne oblicze Ziemi. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997, s. 41–84. ISBN 83 01 12244 7.
  2. 2,0 2,1 2,2 2,3 2,4 2,5 2,6 Sławomir Swerpel. Niezwykła pętla. „Wiedza i Życie”, s. 12–16, wrzesień 1998. ISSN 8929 0137 8929. 
  3. Wody spływające z Morza Śródziemnego przez Cieśninę Gibraltarską, jako silnie zasolone, nie dołączają do wód atlantyckich powierzchniowych – po przejściu przez próg cieśniny zagłębiają się trafiając do warstw przydennych, zob. Tjeerd H. Van Andel: Nowe spojrzenie na Starą Planetę, op.cit.. s. 155.
  4. Lucinda Spokes – Environmental Sciences, University of East Anglia, Norwich – Wielka Brytania (tłum. mgr Sebastian Wypych, dr Anita Bokwa, UJ Kraków): Oceany i klimat; Cyrkulacja oceaniczna (pol.). W: Environmental Science Published for Everybody Round the Earth Educational Network on Climate [on-line]. www.atmosphere.mpg.de. [dostęp 2012-06-17].
  5. Tjeerd H. Van Andel: Nowe spojrzenie na Starą Planetę, op.cit.. s. 81–82.
  6. Arctic: The Frozen Ocean (ang.). W: Woods Hole Oceanographic Institution [on-line]. polardiscovery.whoi.edu. [dostęp 2012-06-17].
  7. Knut Aagaard Principal Oceanographer, Professor Emeritus, Oceanography. W: Strona internetowa Applied Physics Laboratory (University of Washington) [on-line]. www.apl.washington.edu. [dostęp 2012-06-19].
  8. Energia cieplna oceanu. Cyrkulacja głębinowa (pol.). W: Hydroenergetyka. Sieciowy system informacyjny Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie [on-line]. www.uwm.edu.pl. [dostęp 2012-06-19].
  9. "Pojutrze" (The day after tomorrow); Nagła zmiana klimatu – czy nowa epoka lodowa jest możliwa? (pol.). W: Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Aktualności klimatologiczne [on-line]. www.atmosphere.mpg.de. [dostęp 2012-06-19].
  10. 10,0 10,1 10,2 Tjeerd H. Van Andel: Nowe spojrzenie na Starą Planetę, op.cit.. s. 164–171.
  11. Zmiana i zmienność klimatu. Holocen. Fazy holocenu. Wahania klimatyczne w okresie subatlantyckim (pol.). W: Encyklopedia Multimedialna PWN – Środowisko. K.Kożuchowski, J. Wibig [on-line]. www.gim1.swiebodzin.pl. [dostęp 2012-06-19].
  12. Andrzej Hołdys. Ten straszny młodszy dryas. „Świat Nauki”. 10 (230). s. 14-15. ISSN 0867-6380. 
  13. Helga Flesche Kleiven, Catherine Kissel, Carlo Laj, Ulysses S. Ninnemann, Thomas O. Richter, Elsa Cortijo: Reduced North Atlantic Deep Water Coeval with the Glacial Lake Agassiz Freshwater Outburst (ang.). W: Science 4 January 2008; Vol. 319 no. 5859 pp. 60–64 Informacje bibliograficzne [on-line]. www.sciencemag.org. [dostęp 2012-06-19].