PODNOSZENIE SIĘ POZIOMU MÓRZ I OCEANÓW
Konsekwencje jakie niesie zmiana klimatu dla oceanów
- Topnienie lodowców i lądolodów
- Podnoszenie się poziomu morza
- Zakwaszanie oceanów
- Cyrkulacja termohalinowa
Topnienie lodowców i lądolodów
Jednym z najbardziej widocznych efektów zmian klimatu jest topnienie lodowców w różnych obszarach naszej planety. Lodowce oraz lądolody stanowia duże, wolno poruszające się skupiska lodu, które pokrywają około 10% całkowitej powierzchni Ziemi i są obecne na wszystkich kontynentach z wyjątkiem Australii. Są to największe zbiorniki słodkiej wody, stanowiące około 75% jej zasobów (1).
W czasie ostatniego stulecia większość górskich lodowców na świecie łącznie z lądolodami Grenlandii i Antarktydy straciły część swojej masy. Cofanie się lodu ma miejsce, gdy bilans masy (różnica między akumulacją lodu podczas zimy a ablacją lub topnieniem latem) jest negatywny co oznacza, że więcej lodu ubywa, niż jest zastąpione (2). Wpływając na temperaturę oraz opady w poszczególnych miejscach, a tym samym na dwa kluczowe czynniki umożliwiające lodowcom uzupełniać swoją objętość, zmiana klimatu przyczynia się do tego balansu. Jeśli temperatura powietrza unosi się ponad pewien poziom przez dostatecznie długi okres czasu, i/lub istnieje niewystarczający opad na danym terenie, masa lodowców lub lądolodów będzie w konsekwencji ubywać.
Jednym z najlepiej udokumentowanych przykładów cofania się lodowców jest góra Kilimandżaro w Afryce. Jest to najwyższy szczyt kontynentu i pomimo położenia w tropikach, jest wystarczająco wysoka żeby lód pozostał na niej przez przynajmniej kilka stuleci. Okazuje siĘe jednak, że w ciągu ostatniego stulecia objętość czapy lodowej na szczycie Kilimandżaro obniżyła się o około 80% (3). Jeśli ta tendencja się utrzyma, lodowiec na Kilimandżaro najprawdopodobniej zaniknie już w ciągu następnego dziesięciolecia (4). Podobne cofanie się czoła lodowców można zaobserwowac również na Alasce, w Himalajach i Andach.
Zmiany lodowców górskich od 1970
Efektywne ubywanie lodowców (m na rok)
Rysunek uzyskany z global-greenhouse-warming.com
Podczas badania topnienia lodowców, naukowcy muszą brać pod uwagę nie tylko ile lodu ubywa, ale także w jakim tempie. Najnowsze badania donoszą, iż przemieszczanie się lodu w kierunku oceanów z dwóch największych lądolodów znacząco się przyspieszyło. Podczas gdy szybkość ich ubywania wzrasta, lodowe rzeki wypływają w przyspieszonym tempie do oceanu, za szybko żeby być uzupełnione przez opad śniegu w okolicach z których się wydostały. Tempo przemieszczania się pewnych lodowych rzek wypływających z przykładowo lądolodu na Grenlandii podwoiła się w ciągu zaledwie kilku lat (5). Opierając się na różnych metodach obliczania ile lodu będzie utracone (jak na przykład tworzenie wizualizacji lądolodu „przed i po” dla oszacowywania zmiany kształtu i konsekwentnie objętości, albo używając satelit do „ważenia” lodu przez obliczanie jego siły grawitacji) naukowcy odkryli, że balans masy lądolodu na Grenlandii stał się negatywny w ciągu ostatnich kilku lat. Oszacowywana strata lodu netto wynosi gdzieś pomiędzy 82 i 224 kilometrów kwadratowych rocznie (5).
Wzrost zaabsorbowanej energii słonecznej -> Topnienie lodu -> Spadek albedo ->
Rysunek z UNEP
Aktualne oszacowania na Antarktydzie ilustrują duży kontrast pomiędzy tym, co się dzieje we wschodniej i zachodniej części tego kontynentu. Przyspieszenie utraty lodu w regionie Antarktydy Zachodniej podwoiło się w obecnych latach, co przypomina trend zaobserwowany na Grenlandii. W obu miejscach główną przyczyną tego wzrostu jest wzrost szybkości z jaką lodowe rzeki wypływają w stronę oceanów. Naukowcy szacują utratę lodu z Antarktydy Zachodniej na 47 do 148 kilometrów kwadratowych rocznie. Z drugiej strony, współczesne pomiary wskazują, iż lądolód Antarktydy Wschodniej (znacznie większej powierzchniowo od Zachodniej), przybiera masę dzięki zwiększonym opadom. Mimo wszystko trzeba zwrócić uwagę na fakt, że przyrost masy lodu na Antarktydzie Wschodniej jest nieporównywalnie niższy od strat na Antarktydzie Zachodniej (5). W rezultacie, bilans całkowiej masy lodowej Antarktydy pozostaje negatywny.
Skutki
Topnienie lodowców i lądolodów niesie ze sobą dwa główne rodzaje konsekwencji. Po pierwsze regiony, które są uzależnione od rzek zasilanych topniejącymi lodowcami górskimi, najprawdopodobniej doświadczą surowych niedoborów wody gdy lodowce zanikną. Osłabione zasilanie rzek doprowadzi do ograniczenia możliwości nawadniania upraw, a zbiorniki retencyjne bedą coraz częściej narażone na wysuszenie. Niedoborami wody mogłyby być zagrożone przede wszystkim części Ameryki Południowej oraz Azji Centralnej, gdzie letni odpływ z odpowiednio Andów lub Himalajów jest niezbędnym składnikiem uzupełniania zasobów wody pitnej (6). Na terenach Ameryki Północnej oraz Europy, odpływ z lodowców jest wykorzystywany do zasilania hydroelektrowni, pozwala na przeżycie wielu gatunków ryb, służy do nawadniania zbóż jak i zaspokaja zapotrzebowania w wodę dużych metropolii. W przypadku gdy objętość odpływu spadnie, wtedy infrastruktury energetyczne, miejskie oraz rolnicze takich lokalizacji najprawdopodobniej będą znacznie osłabione (7).
Ponadto, topnienie lodowców oraz lądolodów zasila w wodę oceany, dodatkowo przyczyniając się do podnoszenia poziomu morza. Wyjaśniamy to w następujących paragrafach.
Większość miast na świecie zlokalizowanych na wybrzeżach, zostało utworzonych w czasie ostatnich kilku tysiącleci. Był to okres kiedy globalny poziom morza był niemalże stały. Od połowy XIX wieku, poziom morza sie zaczął się podwyższać, najprawdopodobniej w dużej mierze jako efekt antropogenicznego ocieplenia klimatu. Podczas XX wieku, poziom morza podniósł się o około 15-20 centymetrów (mniej więcej 1.5 do 2.0 mm na rok) w tempie szybszym w drugiej połowie stulecia w porównianiu do pierwszej (8, 9). Pomiary satelitarne zebrane w ciągu ostatniego dziesięciolecia ilustrują, że stopień przyrostu gwałtownie podniósł się do nawet 3.1 mm na rok, co jest znacząco wyższą wartością niż średnia stopa przyrostu dla XX wieku (10). Przewidywania sugerują, że tempo podnoszenia się poziomu mórz najprawdopodobniej podniesie się w XXI wieku, ale rzeczywista prędkość w jakiej to się stanie pozostaje kontrowersyjną kwestią. Jak wyjaśniono w następnym paragrafie, ta debata wynika przede wszystkim z niepewności na temat jaki wkład będą miały w ten proces trzy główne czynniki odpowiedzialne za wzrost poziomu morza: ekspansja termiczna, topnienie lodowców i czap lodowych, oraz ubywanie lądolodu na Grenlandii i Antarktydzie Zachodniej (11).
Trend zmian poziomu mórz (1993-2008)
Rysunek z NASA
Przyczyny podnoszenia się poziomu morza
Zanim opiszemy główne czynniki przyczyniające się do zmiany kimatu, trzeba zaznaczyć, że topnienie lodu morskiego (na przykład na Arktyce oraz pływających lodowców szelfowych) nie przyczyni się bezpośrednio do zmiany poziomu morza, jako że lód ten już teraz pływa w oceanie (i w takim razie już teraz wymienia swoją masę wody). Mimo wszystko, topnienie tego lodu może przyczynić się niebezpośrednio do wzrostu poziomu mórz. Przykładowo, topnienie lodu przyczynia się do zmniejszenia albedo (powierzchniowego odbijania promieniowania) i pozwala na wzrost pochłaniania energii słonecznej. Więcej absorbowanej energii słonecznej przyspiesza ocieplenie, wspomagając topnienie śniegu oraz lodu na powierzchni ziemi. Ponadto, odbywający się teraz rozpad dryfujących lodowców szelfowych, pozwoli na szybszy przepływ lodu na lądzie do oceanów, dodatkowo przyczyniając się do podnoszenia poziomu mórz.
Istnieją trzy główne procesy w których antropogeniczna zmiana klimatu ma bezpośredni wpływ na poziom morza. Po pierwsze, tak jak powietrze oraz inne płyny i gazy, woda rozszerza się wraz z wyższą temperaturą (jej gęstość maleje podczas gdy temperatura się podnosi). Podczas gdy zmiana klimatu podnosi temperaturę oceanów - początkowo tylko na powierzchni, a w ciagu kilku stuleci na większej głębokości, woda w konsekwencji ulegnie rozprężeniu, mając dodatkowy wkład do podnoszenia się poziomu mórz jako rezultat ekspansji termicznej. Istnieje duze prawdopodobienstwo, że termiczna ekspansja dołożyła się o około 2.5 cm do wzrostu poziomu morza w drugiej połowie XX wieku (11), a współczynnik wzrostu wywołany tym efektem we wczesnym XXI wieku podniósł się niemal trzykrotnie. Ponieważ ten ważny proces przyczyniający się do podnoszenia poziomu wody zależy głównie od temperatury oceanów, przewidywanie wzrostu ich temperatury prowadzi do oszacowania ich ekspansji termicznej. Przewidywania Czwartego Raportu IPCC (Międzynarodowego Panelu ds. Zmian Klimatycznych ONZ) wskazują, iż ekspansja termiczna w XXI wieku będzie prowadziła do podniesienia się poziomu mórz o około 17-28 cm (plus minus około 50%). Jako że to oszacowanie jest niższe, niż by wskazywały obliczenia bazujące na liniowej ekstrapolacji współczynnika ekspansji z pierwszej dekady XXI wieku podczas gdy wszystkie przewidywania modeli wskazują na mające teraz miejsce ocieplanie oceanów, doprowadziło do obaw, że oszacowanie IPCC może być za niskie.
Po drugie i mniej pewne, wpływ na podnoszenie się poziomu morza ma topnienie lodowców i lądolodów. W czwartym raporcie IPCC oszacowano, że podczas drugiej połowy XX wieku topnienie lodowców górskich oraz lądolodów doprowadziło do podniesienia się poziomu morza o 2.5 cm. Ta liczba jest wyższa w porównaniu z tą spowodowaną utratą lodu na Grenlandii i Antarktydzie, która dodała około 1cm do wzrostu poziomu morza. Dla XXI wieku Czwarty Raport IPCC przewidział, że topnienie lodowców oraz lądolodów przyczyni się o około 10-12cm do podnoszenia poziomu morza, z niepewnością o około jedną trzecią. To by reprezentowało topnienie o około jedną czwartą całkowitej liczby lodu zawierającej się w lodowcach i małych czapach lodowych.
Trzecim procesem, który powoduje podnoszenie się poziomu morza, jest strata masy lodu na Grenlandii i Antarktydzie. Gdyby roztopił się cały lód na Grenlandii – w procesie, który może potrwać wiele stuleci do tysiąclecia, poziom morza podniósłby się o około 7 metrów. Antarktyda Zachodnia utrzymuje ekwiwalent 5 metrów poziomu morza i jest szczególnie narażona na topnienie, jako że duża jej część jest zlokalizowana pod powierzchnią wody. Mniej podatny na ten proces lądolód Antarktydy Wschodniej utrzymuje odpowiednik około 55 metrów poziomu morza. Modele używane do oszacowywania potencjalnych zmian w masie lodowej, są do tej pory w stanie oszacować tylko zmiany w masie spowodowane powierzchniowymi procesami prowadzącymi do parowania/sublimacji oraz opadem śniegu i zamarzaniem. Podsumowując rezultaty modeli dla XXI wieku IPCC oglosiło, że średnie oszacowania przewidują, iż Grenlandia spowoduje około 2cm wzrostu poziomu morza, podczas gdy Antarktyda, ze względu na podwyższoną akumulację śniegu, spowodowałaby około 2 cm spadek. To że wciąż jednak istnieją problemy w tych oszacowaniach stało się jasne dzięki najwspółcześniejszym obserwacjom satelitarym, które pokazują, że Grenlandia i Antarktyda obecnie tracą masę lodową, a jesteśmy dopiero w pierwszej dekadzie stulecia, które jak jest przewidywane będzie się systematycznie ocieplać.
Obecne podnoszenie się poziomu morza
Rysunek z wildwildweather.com
Debata nad podnoszeniem się poziomu morza
Ponieważ wiele modeli zbyt nisko ocenia podnoszenie się poziomu morza zaobserwowanego podczas XX wieku, wśród społeczności naukowej rozwinęła się intensywna debata na temat przewidywań podnoszenia się poziomu morza w XXI wieku prezentowanych przez IPCC. Dokładność tych projekcji była podważana z wielu powodów, szczególnie ze względu na ograniczenia modeli reprezentujących pokrywy lodowe nie biorących pod uwagę wzmożonego ruchu lądolodu (dynamiki), który pojawia się w czasie gdy lód się podgrzewa. Dzieje się tak głównie ze względu na słabo zrozumianą fizyczną naturę tego procesu.
Istnieją także problemy w przewidywaniu jak szybko i jak bardzo globalna temperatura podniesie się w ciągu XXI wieku, pośrednio ze względu na szereg możliwych scenariuszy emisji gazów cieplarnianych. Ponieważ wzrost temperatury gra kluczową rolę we wszystkich trzech wspomnianych czynnikach mających wpływ na zmianę poziomu morza, niepewność w przewidywaniu globalnego ocieplenia prowadzi do niepewności w dalszym przewidywaniu jak bardzo on się podniesie (9).
Jeśli chodzi o ekspansję termiczną, wciąż pozostaje pytanie jaka ilość ciepła będzie pochłonięta przez ocean. Część problemu jest skutkiem wielorakich instrumentów, które były używane w różnym czasie do pomiaru temperatury oceanu – zróżnicowane instrumenty podają zróżnicowane rezultaty. Obecnie, symulacje absorpcji ciepła w XX wieku przez oceany, oraz wzrostu poziomu morza nie zgadzają się w pełni sprawiając, że jest jeszcze trudniej przewidywać ilość termicznej ekspansji, która może być spodziewana w XXI wieku.
Po drugie, niepewność o ile podniesie się temperatura ma wpływ na zdolność do przewidywania współczynnika topnienia lodowców górskich oraz czap lodowych. Obserwacje cofania się ladowców były w wielu sytuacjach szybsze niż modele symulowały. Czy jest to rezultat niedokładności w modelowaniu, czy możliwy wzrost we współczynniku prędkości topnienia przyspieszanym depozycją sadzy lub możliwie również innych czynników, nie jest jeszcze jasne.
Po trzecie i najważniejsze, istnieją wątpliwości związane z potencjalną utratą lodu na Grenlandii i Antarktydzie Zachodniej. Dynamika ruchu lądolodu nie jest dobrze zrozumiana - niektóre rzeki lodowe poruszają się bardzo szybko, sugerując potencjał podnoszenia poziomu morza w rzędzie 10 mm na rok albo nawet i więcej – liczba, która jest dużo większa niż jakikolwiek inny czynnik wpływający na ten proces. Wydaje się również możliwe, że jeden lub oba lądolody mogą ulec rozpadowi, szczególnie w obliczu szybkiej utraty potrzymujacych ich lodowców szelfowych i w konsekwencji mniejszej odporności na odpływ rzek lodowych (9). Właściwe ilustrowanie tych procesów w modelach klimatycznych jest niezmiernie trudne, a jednocześnie nie uwzględnianie tych procesów, które są prawdopodobnie najważniejszym czynnikiem przyczyniającym się do wzrostu poziomu morza jest problematyczne – w rezultacie projekcje IPCC w sprawie zmiany poziomu morza podczas XXI wieku i poza mogą okazać się zdecydowanie za niskie.
Konsekwencje podnoszenia się poziomu mórz
Podczas gdy oczywiście istnieje wiele wyzwań dla poprawnego modelowania zmian poziomu morza w przyszłości, to co moze się wydawać małą różnicą we wzroście poziomu morza, może mieć dramatyczny wpływ na wiele przybrzeżnych środowisk. Ponad 600 milionów ludzi żyje w rejonach nadbrzeżnych polożonych poniżej 10 metrów nad poziom morza, oraz dwie trzecie miast na świecie o liczbie ludności powyżej pięć milionów jest zlokalizowana w rejonach wysokiego ryzyka (12). Z poziomem morza, ktory wedlug przewidywań będzie się podnosił w przyspieszającym tempie przez przynajmniej kilka stuleci, bardzo duża liczba ludzi w narażonych lokalizacjach będzie zmuszona do przesiedlenia. Jeśli relokalizacja jest opoźniona, albo jeśli ludność nie ewakuuje sie na czas z terenów zalewanych przez sztormy, najprawdopodobniej rezultatem będzie bardzo duża liczba ochodźców środowiskowych.
Według IPCC, nawet najbardziej optymistyczne scenariusze emisyjne pokazują, że podnoszący się poziom morza miałby szeroki wymiar konsekwencji dla nadbrzeżnych środowisk oraz infrastruktury. Skutki najprawdopodobniej będa obejmowały erozję przybrzeżną, podtapianie terenów podmokłych oraz nizin nadbrzeżnych, zasalanie zbiorników słodkowodnych oraz gleb, jak również utratę siedlisk ryb, ptaków oraz innych dzikich zwierząt (11). Agencja Ochrony Środowiska Stanów Zjednoczonych szacuje, że 26 000 kilometrów kwadratowych lądu byłoby stracone, gdyby poziom morza podniósł się o 0.66 metra. Jednocześnie według przewidywań IPCC, jeśli poziom oceanu będzie kontynuował rosnąć w obecnym tempie, 33% nadbrzeżnego lądu oraz podmokłych siedlisk będzie najprawdopodobniej stracone w ciągu następnych stuleci. Ten odsetek lądu może być wyższy, jeśli podnoszenie poziomu morza okaże się znacznie większe, co jest całkiem możliwe (11). W rezultacie, bardzo duża liczba gatunków zasiedlających tereny podmokłe lub bagna byłaby poważnie zagrożona. Ponadto, gatunki których egzystencja polega głównie na istnieniu lodu morskiego, najprawdopodobniej bedą szczególnie poszkodowane wraz z postepującym topnieniem, tworzącym zagrożenie wymarcia dla niedzwiedzi polarnych, fok oraz pewnych gatunków pingwinów (13).
Niestety wiele krajów, które są najbardziej narażone na podnoszenie się poziomu morza, nie ma odpowiednich środków żeby się na to przygotować. Nisko leżące nadmorskie tereny w krajach rozwijających się takich jak Bangladesz, Wietnam, Indie i Chiny mają szczególnie dużą liczbę ludności zamieszkującej zagrożone nadmorskie tereny takie jak delty, na terenie których system rzeczny spotyka się z oceanem. Oba największe wyspiarskie narody Filipiny i Indonezja oraz kraje mniejsze jak Tuvalu czy Vanuatu są poważnie zagrożone, ponieważ nie mają wystarczająco dużo terenu położonych dostatecznie wysoko, aby zapewnić miejsce dla przemieszczonej ludności nadmorskiej. Innym problemem dla pewnych wyspiarskich narodów jest niebezpieczeństwo utraty zasobów wody pitnej, jako że rosnący poziom morza spycha słoną wodę w ich zbiorniki wodne. Z tych powodów ci, którzy żyją w kilku małych krajach nadmorskich (łącznie z Malediwami na Oceanie Indyjskim oraz wyspami Marszala na Pacyfiku) mogliby być zmuszeni do ewakuacji w tym stuleciu (11).
Regiony zagrożone wzrostem poziomu morza
Rysunek z globalwarmingart.com
Zakwaszenie (acydyfikacja) oceanów
Każdego roku oceany absorbują równowartość około jednej trzeciej emisji dwutlenku węgla (CO2), przemieszczając jego większość wgłąb oceanu (13). Przez ostatnie 200 lat, wzrastające emisje wynikające ze spalania paliw kopalnych doprowadziły do eksponencjalnego wzrostu netto ilości CO2, który jest rozpuszczany w oceanach. Rozpuszczony CO2 wiąże się w kwas węglowy, który obniża poziom pH oceanu sprawiając, że jest bardziej kwaśny (15).
Kwasowość jest mierzona używając skali pH, która jest opisywana wartościami numerycznymi pomiędzy 0 a 14. Wartość 7 jest neutralna, wyższe wartości są uznawane za zasadowe, a niższe za kwasowe. Historycznie wartości oceanicznego pH wynosiły średnio około 8.17 co oznacza, że wody oceaniczne były lekko zasadowe. Obecnie wraz z postepującą koncentracją CO2 powodującą zakwaszanie, poziom pH wynosi około 8.09 zbliżając się do wartości neutralnej (16).
Badania geologiczne oraz modele rekonstrukcyjne wskazują, że podczas ostatnich 300 milionów lat, średnie pH oceanów nie różnicowało się o więcej niż 0.6 w stosunku do teraźniejszej wartości (14). Z tego powodu ekostystemy morskie obecne dzisiaj, ewoulowały w relatywnie stałym środowisku o odczynie zasadowym. Wraz z rosnącą koncentracją CO2 poprzez ostatnie 200 lat, wartości pH w oceanie systematycznie się obniżają. Podczas gdy samo zakwaszanie oceanów nie jest jeszcze samo w sobie tak martwiące, z wyjatkiem terenow polarnych, to tempo w którym pH obecnie spada bije na alarm. Wynika to z faktu że tempo tej zmiany jest dużo szybsze niż naturalne procesy wietrzenia, które w przeszłości buforowały fluktuacje oceanicznego pH. Jeśli koncentracja CO2 będzie dalej wzrastać oraz poziom pH spadać w teraźniejszym tempie, oceaniczne pH mogłoby spaść o 0.5 w ciągu XXII wieku (14). Taka drastyczna zmiana miałaby na pewno poważne negatywne konsekwencje dla życia oceanu.
Możliwe skutki/ środki zapobiegawcze
Najbardziej bezpośrednie skutki zakwaszenia oceanów będą miały wpływ na ekosystemy nadmorskie. Spadek w oceanicznym pH miałby wpływ na obniżanie zawartości węglanu wapnia (substancji wytwarzanej kiedy CO2 jest początkowo rozpuszczany) w wodzie. Węglan wapnia jest substancją, na której polega dużo morskich organizmów (lącznie z koralowcami, mięczakami oraz skorupiakami) do budowy ich skorupy (17). Jeśli pH spadłoby poniżej oczekiwanego 0.5 w tym stuleciu, spowodowałoby to 60% spadek dostępnego węglanu wapnia (17). Taka różnica naraziłaby produktywność oraz przeżycie tysięcy gatunków na duże ryzyko.
Aby zapobiec szybkiemu zakwaszaniu się oceanów i utrzymywać poziom pH na dopuszczalnym poziomie dla życia morskiego, atmosferyczna koncentracja CO2 musi utrzymywać się poniżej 450 cząsteczek na milion (ppm). Wraz z teraźniejszą koncentracją na poziomie około 387 ppm i przy braku ostrych cięć emisji gazów cieplarnianych wydaje się to bardzo prawdopodobne, że osiągnie ona poziom około 500 ppm do połowy stulecia. Aby utrzymać spadek pH do mniej niż 0.2 pH, co mogłoby uchronić ważne ekosystemy morskie, będzie to wymagało utrzymywania koncentracji CO2 poniżej około 450 ppm (18).
Kolejną konsekwencją ubytku lodowców jest możliwy efekt jaki słodka topniejąca woda będzie miała na cyrkulację termohalinową. Napędzana zmianami gęstości wód oceanicznych, cyrkulacja termohalinowa (zwana rownież głębokooceaniczną cyrkulacją wymienną) składa się z globalnego przepływu prądów morskich. Podczas gdy wody oceaniczne poruszają się dookoła globu, formują się jednocześnie masy wody o różnych właściwościach. Ewaporacja (parowanie), pobiera słodką wodę z oceanów, natomiast opady atmosferyczne oraz odpływ rzeczny w nią zasilają. Każdy ten proces powoduje zmianę wartości zasolenia oraz w konsekwencji gęstości wody. Prądy powierzchniowe, które są w dużym stopniu napędzane układem wiatrów, prowadzą masy wody w tereny, gdzie są one ocieplane przez intensywne promieniowanie słoneczne (tracąc gęstość), albo przeciwnie - ochładzane w wyższych szerokościach geograficznych (zwiększając gęstość). Kiedy woda powierzchniowa staje się gęstsza od masy wody położonej poniżej, prąd zstępujący (downwelling) powoduje opadanie gęstszych wód powierzchniowych i unosi mniej gęste, bogate w związki organiczne, które z pomocą wiatrów podnoszą się aż do powierzchni i tworzą tereny bogate w życie morskie. Z tego powodu różnice gęstości powodowane przez temperaturę (zimna woda jest gęstsza niż ciepła) oraz zasolenie (słona woda jest bardziej gęsta niż słodka) są krytyczne dla zarówno tego w jaką stronę wody oceaniczne się poruszają oraz gdzie znajdują się składniki pokarmowe, które sprzyjają bujnemu życiu morskiemu (19). Ponieważ zarówno temperatura jak i zasolenie wód są bardzo wrażliwe na zmiany klimatu, istnieją uzasadnione obawy w jaki sposób cyrkulacja termohalinowa może zostać zakłócona.
Powyższe procesy mogą mieć różne oddziaływanie. Po pierwsze, cyrkulacja oceaniczna może ulec zmianie pod wpływem zwiększonej ilości odpływu z lodowców oraz lądolodów. Podczas gdy lodowce topnieją i zasilają ocean w słodką wodę, słona woda ulega rozrzedzeniu, prawdopodobnie zmniejszając tempo formowania się wody na dnie. Dzieje się tak dlatego, że relatywnie słodka woda nie będzie w stanie sie tonąć (nawet w wyższych szerokościach geograficznych gdzie gęstnieje dzięki ochłodzeniu), a to może mieć wpływ na głębokowodne prądy oceaniczne (20). Ze zmieniającym się tempem topnienia lodowców, a w konsekwencji wzrostem ilości słodkiej wody wprowadzanej do oceanu, jest to bardzo prawdopodobne, że intensywność cyrkulacji termohalinowej mogłaby być zredukowana w przyszłości.
Zmiany klimatu nie tylko będą miały wpływ na poziom zasolenia, ale również na temparaturę oceanu oraz ksztalt cyrkulacji. Po pierwsze, gdy temperatura oceanu się podnosi, ekspansja termiczna powoduje spadek gęstości i wzrost objętości wód oceanicznych, w konsekwencji podnosząc poziom morza. Ponieważ prądy powierzchniowe są napędzane wiatrem, przemieszczane dzięki niemu ciepłe wody powierzchniowe są generalnie zastępowane zimniejszymi wodami poniżej – zjawisko zwane upwellingiem, przynoszącym do góry zimniejsze, bogate w składniki pokarmowe wody, które sprzyjają bujnemu rozwojowi życia morskiego (19). W czasie gdy powierzchniowe wody oceaniczne się ocieplają i staje się mniej prawdopodobne że zatoną, mniejsze ilości zimnej wody ulegają unoszeniu, mając wpływ na mechanizm cyrkulacji oraz życie morskie. Ponadto, cieplejsze temperatury bedą prowadzić do wzmożonego parowania. Kiedy woda paruje, sól pozostaje. Wzrastające zmiany zasolenia zmieniają gęstość wody, i w konsekwencji zmieniają układ cyrkulacji (21).
Biorąc pod uwagę wpółoddziaływania tych procesów, istnieją rosnące obawy, że zmiana klimatu zmniejszy ogólną intensywność cyrkulacji termohalinowej (głębokooceanicznej). Jeśli wzmożone zasilanie słodkiej wody lub rosnące temperatury drastycznie zmienią poziom gęstości mas oceanicznych, układ cyrkulacji termohalinowej mógłby zostać naruszony, a może nawet znacząco zaburzony. Ponieważ cyrkulacja gra kluczową rolę w układzie oceanicznej temperatry wokół globu, zjawiska pogodowe też prawodobnie uległyby zmianie.
Globalny Pas Transmisyjny
Rysunek z UCAR
Opisane zmiany mogłyby mieć duże znaczenie dla Europy Północnej. Prąd Zatokowy (Golfsztrom) transportuje ciepłe wody z tropików w kierunku Północnego Atlantyku i uwalnia do atmosfery ciepło, które ma ważny wpływ na łagodne temperatury panujące w Europie, nawet mimo jej położenia w relatywnie wysokich szerokościach geograficznych. Pod wpływem dostatecznego ochłodzenia, woda ta zatapia się w pobliżu Granlandii oraz dalej na północ, przyciągając cieplejsze tropikalne wody w stronę wyższych szerokości geograficznych. Gdyby ocieplenie oceanu spowolniło cyrkulację termohalinową, mniej ciepłej wody byłoby transportowane na północ i Europa najprawdopodobniej doświadczyłaby mniej ocieplenia a może nawet ochłodzenia (21).
Takie zjawisko ochłodzenia być może miało już miejsce w czasie Młodszego Dryasu (Younger Dryas) około 12 000 lat temu, kiedy gwałtowny odpływ wody z raptownie topniejących lodowców Ameryki Północnej dostarczył dużo słodkiej wody do Północnego Atlantyku, najprawdopodobniej zamykając głębokooceaniczną cyrkulację (22) i zaburzając atmosferyczny oraz oceaniczny układ cyrkulacji (23). W ciągu dekady od zamknięcia termohalinowej cyrkulacji, globalny kształt klimatu zmienił się drastycznie, a europejskie i północnoamerykańskie temperatury spadły o całe 15 stopni Celcjusza. Taki szybki i dramatyczny zwrot w klimacie nie miał miejsca od tamtego czasu, jednakże wraz z rozpoczętym procesem topnienia Grenlandii, ryzyko podobnego gwałtownego zwrotu w przyszłości rośnie (24).
Wnioski
Podczas gdy poziom CO2 się stale podnosi, a klimat ulega zmianie, zdrowie oceanów będzie coraz bardziej zagrożone. Wraz z rosnącym tempem topnienia lodowców i lądolodów oraz konsekwentnym podnoszeniem się poziomu morza, kontynuacją spadku oceanicznego pH oraz spowalnianiem termohalinowej cyrkulacji, istnieje wiele sposobów w jakich ten delikatny balans oceanicznej dynamiki i ekosystemów mógłby być zaburzony. Wszystkie wspomniane czynniki, w połączeniu z niepewnością w dokładnym przewidywaniu jak będą współdziałać ze sobą nawzajem, przyczyniają się do zmiany we właściwosciach oceanu, stanowiąc coraz trudniejszy problem dla przyszłych pokoleń.
Figura 1: Przyczyny podnoszenia się poziomu morza jako rezultat zmian klimatu. (2002). W UNEP/GRID-Arendal Maps and Graphics Library. Uzyskano o 17:10, 26 marca, 2008 z http://maps.grida.no/go/graphic/causes-of-sea-level-rise-from-climate-change.
Additional Resources
Nicholls, R.J., P.P. Wong, V.R. Burkett, J.O. Codignotto, J.E. Hay, R.F. McLean, S. Ragoonaden and C.D. Woodroffe, 2007: Coastal systems and low-lying areas. Climate Change 2007: Impacts, Adaptation and Vulnerability. Contribution of Working Group II to the Fourth Assessment Report of the Intergovernmental Panel on Climate Change, M.L. Parry, O.F. Canziani, J.P. Palutikof, P.J. van der Linden and C.E. Hanson, Eds., Cambridge University Press, Cambridge, UK, 315-356. http://www.ipcc-wg2.org/index.html
EPA. “Coastal Zones and Sea Level Rise.” Updated 08 February 2008
Union of Concerned Scientists. "Highlights from the First Section of the IPCC Fourth Assessment Report."
Interactive sea level map: http://flood.firetree.net/
CMAR. Sea Level Rise: Understanding the past -- Improving projections for the future
Climate Institute Articles on Rising Sea Level
Polar Ice Melting Spurs Interest in Climate Stabilization
Sea Level Rise and Severe Storms in the Chesapeake Bay Region: A Canary in the Mineshaft?
The High Stakes for Small Islands (Autumn 2009 Climate Alert)
Videos
America’s Coast Under Global Warming Threat