Steve'a Rintoula, Autor pod warunkiem
Antarktyda przygotowuje scenę dla największego wodospadu na świecie. Akcja toczy się pod powierzchnią oceanu. Tutaj biliony ton zimnej, gęstej, bogatej w tlen wody spływają kaskadą z szelfu kontynentalnego i opadają na duże głębokości. Ta antarktyczna „woda denna” rozprzestrzenia się następnie na północ wzdłuż dna morskiego w głębokich prądach oceanicznych, po czym powoli się podnosi, tysiące kilometrów stąd.
W ten sposób Antarktyda napędza globalną sieć prądów oceanicznych zwaną „cyrkulacją wywracającą”, która redystrybuuje ciepło, węgiel i składniki odżywcze na całym świecie. Odwrócenie ma kluczowe znaczenie dla utrzymania stabilnego klimatu na Ziemi. Jest to również główny sposób, w jaki tlen dociera do głębokich oceanów.
Ale są oznaki, że ten obieg spowalnia i dzieje się to dziesiątki lat wcześniej niż przewidywano. To spowolnienie może potencjalnie zakłócić połączenie między wybrzeżami Antarktydy a głębokim oceanem, co ma poważne konsekwencje dla klimatu Ziemi, poziomu mórz i życia morskiego.
Nasze nowe badania, opublikowany dzisiaj w czasopiśmie Nature Climate Change, wykorzystuje obserwacje z rzeczywistego świata, aby rozszyfrować, jak i dlaczego głęboki ocean wokół Antarktydy zmienił się w ciągu ostatnich trzech dekad. Nasze pomiary pokazują, że krążenie zwrotne zwolniło o prawie jedną trzecią (30%), a poziomy tlenu w głębokich oceanach spadają. Dzieje się to nawet wcześniej niż modele klimatyczne przewidywane.
Odkryliśmy, że topnienie lodu Antarktydy zakłóca tworzenie się wód dennych Antarktydy. Topniejąca woda sprawia, że wody powierzchniowe Antarktydy są świeższe, mniej gęste, a zatem mniej podatne na tonięcie. To hamuje obracający się obieg.
Teraz to jest wodospad: gęsta woda płynąca z szelfu kontynentalnego do głębokiego oceanu w Morzu Rossa. Konsorcjum ds. Modelowania Lodu Oceanu i Morza w Australii (COSIMA) oraz Narodowa Infrastruktura Obliczeniowa.
Dlaczego to ma znaczenie?
Gdy przepływ wód dennych spowalnia, zmniejsza się dopływ tlenu do głębokich oceanów. Kurcząca się, bogata w tlen warstwa wody przydennej jest następnie zastępowana cieplejszymi wodami o niższej zawartości tlenu, co dodatkowo zmniejsza poziom tlenu.
Zwierzęta oceaniczne, duże i małe, reagują nawet na niewielkie zmiany zawartości tlenu. Zwierzęta głębinowe są przystosowane do warunków o niskiej zawartości tlenu, ale nadal muszą oddychać. Utrata tlenu może spowodować, że będą szukać schronienia w innych regionach lub dostosować swoje zachowanie. Modele sugerują, że tak zamknięty w do kurczenia się „żywotnego” środowiska dostępnego dla tych zwierząt z oczekiwanym spadkiem do 25%.
Spowolnienie wywrócenia może również zintensyfikować globalne ocieplenie. Odwrotna cyrkulacja przenosi dwutlenek węgla i ciepło do głębokich oceanów, gdzie są one magazynowane i ukrywane przed atmosferą. W miarę zmniejszania się zdolności magazynowania oceanów w atmosferze pozostaje więcej dwutlenku węgla i ciepła. To sprzężenie zwrotne przyspiesza globalne ocieplenie.
Zmniejsza się również ilość wód dennych Antarktydy docierających do dna oceanu poziom morza ponieważ cieplejsza woda, która ją zastępuje, zajmuje więcej miejsca (rozszerzalność cieplna).
Odświeżanie wód szelfowych zmniejsza przepływ gęstej wody i spowalnia najgłębsze części cyrkulacji wywracającej, jednocześnie zmniejszając głębokie natlenienie. Katie Gunn, Autor pod warunkiem
Oznaki niepokojącej zmiany
Dokonywanie obserwacji wód dennych jest trudne. Ocean Południowy jest odległy i jest domem dla najsilniejszych wiatrów i największych fal na świecie. Dostęp jest również ograniczony przez lód morski zimą, kiedy tworzy się woda przydenna.
Oznacza to, że obserwacje głębokiego Oceanu Południowego są rzadkie. Niemniej jednak wielokrotne pomiary pełnej głębokości wykonane podczas rejsów statków dostarczyły wglądu w zmiany zachodzące w głębokim oceanie. Dolna warstwa wody jest coraz cieplejsze, mniej gęste i cieńsze.
Dane satelitarne pokazują, że pokrywa lodowa Antarktydy jest kurczący się. Pomiary oceanów wykonane poniżej regionów szybkiego topnienia pokazują, że woda z roztopów jest zmniejszając zasolenie (i gęstość) wód przybrzeżnych.
Utrata masy lodowej Antarktydy w ciągu ostatnich kilku dekad na podstawie danych satelitarnych, pokazujących, że w latach 2002-2020 Antarktyda zrzucała średnio ~ 150 miliardów ton metrycznych lodu rocznie, dodając wody topniejące do oceanów i podnosząc poziom mórz (Źródło: NASA ).
Oznaki te wskazują na niepokojącą zmianę, ale nadal nie ma bezpośrednich obserwacji głębokiego krążenia wywracającego.
Co zrobiliśmy?
Połączyliśmy różne rodzaje obserwacji w nowy sposób, wykorzystując każdą z ich mocnych stron.
Pełne pomiary głębokości zebrane przez statki dostarczają migawek gęstości oceanu, ale są zwykle powtarzane mniej więcej raz na dekadę. Z drugiej strony przyrządy zacumowane zapewniają ciągłe pomiary gęstości i prędkości, ale tylko przez ograniczony czas w określonym miejscu.
Opracowaliśmy nowe podejście, które łączy dane ze statku, zapisy dotyczące cumowania i symulację numeryczną o wysokiej rozdzielczości w celu obliczenia siły przepływu wód dennych Antarktydy i ilości tlenu, który przenosi on do głębokich oceanów.
Nasze badanie skupiło się na głębokim basenie na południe od Australii, który otrzymuje wodę z dna z kilku źródeł. Źródła te leżą poniżej dużych napływów wód roztopowych, więc region ten prawdopodobnie zapewni wczesne ostrzeżenie o zmianach głębokich oceanów wywołanych klimatem.
Wyniki są uderzające. W ciągu trzech dekad, między 1992 a 2017 r., cyrkulacja zwrotna w tym regionie zwolniła o prawie jedną trzecią (30%), powodując, że mniej tlenu dociera do głębin. To spowolnienie było spowodowane odświeżeniem w pobliżu Antarktydy.
Odkryliśmy, że to odświeżenie zmniejsza gęstość i objętość formowanych wód dennych Antarktydy, a także prędkość, z jaką płynie.
Obserwowane spowolnienie byłoby jeszcze większe, gdyby nie krótkotrwałe zdarzenie klimatyczne, które doprowadziło do częściowe i czasowe przywrócenie formacji wód dennych. Odzyskiwanie, napędzane zwiększonym zasoleniem, dodatkowo ilustruje wrażliwość formowania się wód dennych na zmiany zasolenia na antarktycznym szelfie kontynentalnym.
Co niepokojące, te obserwacje pokazują, że zmiany przewiduje się, że nastąpi to do 2050 roku już trwają.
Otchłanne ocieplenie oceanów spowodowane spowolnieniem w Antarktyce, Źródło: Matthew England i Qian Li.
Co następne?
Oczekuje się, że utrata lodu z Antarktydy będzie kontynuowana, a nawet przyspieszy, w miarę ocieplania się świata. Jesteśmy prawie na pewno przekroczy próg 1.5 ℃ globalnego ocieplenia do 2027 roku.
Większa utrata lodu będzie oznaczać większe odświeżenie, więc możemy przewidzieć spowolnienie krążenia i głębokie straty tlenu będą kontynuowane.
Konsekwencje spowolnienia nie będą ograniczone do Antarktydy. Wywracająca się cyrkulacja rozciąga się na cały światowy ocean i wpływa na tempo zmian klimatycznych oraz podnoszenie się poziomu mórz. Będzie to również destrukcyjne i szkodliwe dla życia morskiego.
Nasze badania dostarczają jeszcze jednego powodu do cięższej i szybszej pracy nad redukcją emisji gazów cieplarnianych.
O Autorach
Katie Gunn,, CSIRO; Mateusz Anglia, Scientia profesor i zastępca dyrektora ARC Australian Centre for Excellence in Antarctic Science (ACEAS), UNSW Sydney, Steve'a Rintoula, członek CSIRO, CSIRO
Artykuł został opublikowany ponownie Konwersacje na licencji Creative Commons. Przeczytać oryginalny artykuł.
Powiązane książki:
Przyszłość, którą wybieramy: przetrwanie kryzysu klimatycznego
autorstwa Christiany Figueres i Toma Rivetta-Carnaca
Autorzy, którzy odegrali kluczową rolę w porozumieniu paryskim w sprawie zmian klimatu, przedstawiają spostrzeżenia i strategie radzenia sobie z kryzysem klimatycznym, w tym działania indywidualne i zbiorowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ziemia niezamieszkana: życie po ociepleniu
David Wallace-Wells
Ta książka bada potencjalne konsekwencje niekontrolowanych zmian klimatu, w tym masowe wymieranie, niedobór żywności i wody oraz niestabilność polityczną.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Ministerstwo dla przyszłości: powieść
autorstwa Kima Stanleya Robinsona
Ta powieść przedstawia świat niedalekiej przyszłości zmagający się ze skutkami zmian klimatu i oferuje wizję tego, jak społeczeństwo może się zmienić, aby stawić czoła kryzysowi.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Pod białym niebem: natura przyszłości
Elżbieta Kolbert
Autor bada wpływ człowieka na świat przyrody, w tym zmiany klimatyczne, oraz potencjał rozwiązań technologicznych w odpowiedzi na wyzwania środowiskowe.
Kliknij, aby uzyskać więcej informacji lub zamówić
Awaria: najbardziej kompleksowy plan, jaki kiedykolwiek zaproponowano, aby odwrócić globalne ocieplenie
pod redakcją Paula Hawkena
Ta książka przedstawia kompleksowy plan przeciwdziałania zmianom klimatycznym, w tym rozwiązania z różnych sektorów, takich jak energetyka, rolnictwo i transport.
