PROFILPELAJAR.COM

Północnoatlantyckie wody głębinowe (ang. North Atlantic Deep Water, NADW) – występująca w Oceanie Atlantyckim 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; jako element pętli cyrkulacji globalnej wpływa na zmiany klimatu Ziemi^[1]^[2].

Współczesny globalny transporter

Ciepło zgromadzone w silnie nasłonecznionej strefie międzyzwrotnikowej dociera na wyższe szerokości geograficzne wraz z masami powietrza – ogrzanego i wilgotnego (ciepło parowania) – 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 250 razy większa niż suma objętości wszystkich rzek wpływających do Atlantyku. Główna część strumienia pochodzi z Oceanu Południowego^[a]. Ten wielki oceaniczny „transporter ciepła” (tzw. cyrkulacja termohalinowa), przemieszczający się ze średnią prędkością 3,6 km/h^[3] 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].

Cyrkulacja termohalinowa 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.)^[2]^[4].

Płynąca na północ woda Golfsztromu stygnie – ogrzewa i nawilża masy powietrza, płynące nad Europę.

W okolicy Grenlandii i Islandii prąd natrafia na barierę – rozgałęzia się. Wraca do Oceanu Południowego różnymi drogami.

Część wody wraca przez Atlantyk (prądy głębinowe i abisalne), a część przez Ocean Arktyczny i Spokojny.

Strefa powstawania NADW jest elementem globalnego oceanicznego transportera ciepła

Wyspa Niedźwiedzia – nazywana „wyspą mgieł i wiatrów” – znajduje się w rejonie „komina wentylacyjnego”^[2]

Najwięcej ciepła jest oddawanego 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 około 25% ciepła oddawanego przez cały Atlantyk. Knut Aagaard (University of Washington) – wieloletni badacz Arktyki^[5]^[6] 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

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 downwellingu 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 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^[7].

NADW a globalne zmiany klimatu

Prognozowanie przyszłości

Rozwijany od lat 80. XX wieku 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)^[b]^[8]. Wiarygodność takich prognoz nie została dotychczas jednoznacznie potwierdzona^[9]

Weryfikacja modeli na podstawie przeszłości

Opisana cyrkulacja ciepła mogła powstać w ziemskich oceanach dopiero w sytuacji, w której na obu biegunach utworzyły się lądolody i morskie pokrywy lodowe. Było to poprzedzone licznymi zdarzeniami w historii ewolucji skorupy ziemskiej (zob. tektonika płyt), np.:

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)^[9].

Ostatni okres kenozoiku – czwartorzęd (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 północnoatlantyckich wód głębinowych, 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^[9]:

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^[10]. 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^[11]^[12].

Zobacz też

Wir Morza Beauforta

Uwagi

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

Przypisy

↑ van Andel 1997 ↓, s. 41–84.
↑ ^a ^b ^c ^d ^e ^f ^g Sławomir Swerpel. Niezwykła pętla. „Wiedza i Życie”, s. 12–16, wrzesień 1998. ISSN 0137-8929.
↑ 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. [w:] Environmental Science Published for Everybody Round the Earth Educational Network on Climate [on-line]. www.atmosphere.mpg.de. [dostęp 2016-01-03]. [zarchiwizowane z tego adresu (2010-01-30)]. (pol.).
↑ van Andel 1997 ↓, s. 81–82.
↑ Arctic: The Frozen Ocean. [w:] Woods Hole Oceanographic Institution [on-line]. polardiscovery.whoi.edu. [dostęp 2012-06-17]. (ang.).
↑ 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].
↑ Energia cieplna oceanu. Cyrkulacja głębinowa. [w:] Hydroenergetyka. Sieciowy system informacyjny Uniwersytetu Warmińsko-Mazurskiego w Olsztynie [on-line]. www.uwm.edu.pl. [dostęp 2012-06-19]. (pol.).
↑ „Pojutrze” (The day after tomorrow); Nagła zmiana klimatu – czy nowa epoka lodowa jest możliwa?. [w:] Encyklopedia Klimatologiczna ESPERE. Aktualności klimatologiczne [on-line]. www.atmosphere.mpg.de. [dostęp 2016-01-03]. [zarchiwizowane z tego adresu (2012-06-20)]. (pol.).
↑ ^a ^b ^c van Andel 1997 ↓, s. 164–171.
↑ Krzysztof Kożuchowski: 15. Zmiana i zmienność klimatu. W: Krzysztof Kożuchowski, red.: Meteorologia i klimatologia. Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 2004, 2009, 2012 4 dodruk, s. 1–332. ISBN 978-83-01-14975-8.
↑ Andrzej Hołdys. Ten straszny młodszy dryas. „Świat Nauki”. 10 (230). s. 14–15. ISSN 0867-6380.
↑ 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. „Science”. 319 (5859), s. 60–64, 2008. [dostęp 2012-06-19]. (ang.).

Bibliografia

Tjeerd H. van Andel: Nowe spojrzenie na Starą Planetę. Zmienne oblicze Ziemi. Władysław Studencki (tłum.). Warszawa: Wydawnictwo Naukowe PWN, 1997, s. 41–84. ISBN 83-01-12244-7.