Скрытый двигатель климата
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Свой тесный контакт с морем большинство людей чувствует, стоя на берегу и глядя в горизонт на расстоянии нескольких километров. И редко кто знает о том, что под водной поверхностью и за горизонтом скрытый глубинный океан, который влияет на жизнь каждого землянина.
Научное исследование океанов началось 125 лет назад во время кругосветного плавания корабля торгового флота «Челленджер» Британского адмиралтейства. Эта и последующие экспедиции составили картограмму океанских глубин и свойств воды (температура и соленость). Уже в середине XX столетия мы владели общими, хотя далеко не полными, знаниями о физических процессах в океанах.
Сегодня ученые стоят на полпути к осуществлению главного проекта, даже более важного с исторической точки зрения, чем труд экспедиции «Челленджера». Речь идет о так называемом Эксперименте круговорота мирового океана осуществляемого в рамках Программы исследований мирового климата. С помощью современных исследовательских лодок, буев и роботов производится картографирование комплексных океанских течений и накопления чрезвычайно точных данных замеров. Между тем спутники наблюдают за температурой поверхности воды, ветрами, волнами, приливами и отливами, а также за изменениями наклонов водных поверхностей, вызванными течениями. Анализируя полученные данные с помощью крупнейших в мире компьютеров, мы медленно открываем для себя океан как скрытый двигатель климата. Мы вступаем в новую эпоху исследования океана.
Чтобы лучше понять ключевую роль океана, надо представить его огромным резервуаром солнечного тепла. Океаны обладают особым свойством принимать и пропускать тепло. Например, трехметровая поверхностная толща океана прогревается тем же количеством тепла, которое необходимо, чтобы общая атмосфера потеплела на 1°С. Такое свойство океана позволяет ему накапливать излишки летнего тепла, а затем понемногу отдавать его зимой. Эффект этого феномена особенно очевиден, если сравнить разницы температур между зимой и летом, скажем, на острове и где-то в центре какой-то континентальной местности, лежащих на одинаковой широте. Например, Азорские острова и Канзас-Сити расположены около 40° северной широты, а разница температур составляет соответственно 7° С и 29° С.
Эта способность накопления является лишь одним аспектом выравнивания климата. Океанские течения также разносят тепло по всему миру. Например, Гольфстрим и его ответвления несут тепло от Флориды до Ирландии и далее в направлении Арктики. В результате в Северо-Западной Европе теплее на 10 °С, чем в Лабрадоре, что в Северной Америке, хотя обе территории расположены на одинаковой широте. Говоря проще, система поверхностных океанских течений транспортирует тепло от экватора к полюсам, от которых вода холодными глубокими течениями возвращается обратно.
Объемы транспортировки тепла также чрезвычайно велики. Например, Североатлантическое течение переносит тепла в направлении полюса в пределах 1 миллиона мегаватт, что равносильно 50-разовому потреблению энергии населением мира. Систему теплых и холодных течений объясняют термохалинской циркуляцией. Атлантическая ветвь с определенных взглядов является ключом к глобальной системе. «Круговое путешествие» на этой термохалинской «конвейерной ленте» может длиться до тысячи лет.
Термохалинская циркуляция пускается в движение отчасти ветрами и вращением Земли, отчасти также преобразованием теплой (легкой) поверхностной воды на холодную (плотную) воду в высоких широтах. Термин «термохалин» (термо — тепло, халин — соль) дает нам ключ к пониманию этого процесса. Соль предотвращает замерзание воды, когда она, вода, отдает свое тепло атмосфере при полярных зимах. Таким образом, охлаждаясь (ниже 0° С), плотная и поэтому менее подвижная вода в виде «колонн» опускается на дно океана и питает глубинные, узкие течения, снующие океанским лоном в направлении экватора. Холодная вода медленно смешивается с теплой водой, над ней, и таким образом завершает круговорот «конвейерной ленты».
Составляя картограмму путей циркуляции, ученые начали понимать о роли океана в отношении климата и его изменчивости. Эффект нынешнего Эль-Ниньо может быть ярким примером важности этого дела. Когда развивается Эль-Ниньо, теплые воды, которые обычно содержатся господствующими ветрами в северной экваториальной зоне Тихого океана, мигрируют на восток в направлении Южной Америки.
С накоплением знаний о климате мы замечаем появление новых его образцов. Разницу в соотношениях атмосферного давления на Азорских островах и Исландии взято за мерку силы западных ветров над Атлантическим океаном. Этот так называемый индекс Североатлантического колебания (NАО) может иметь отношение к более холодным и теплым зимам в Европе, поскольку ветры приносят тепло из океана на сушу. Теперь мы в состоянии объяснить необыкновенно мягкие европейские зимы в начале 90-х годов и в последние годы. И наоборот, суровые зимы и метели в 40-х годах, которые сыграли большую роль в разгроме Гитлера под Москвой, непосредственно связанные с чрезвычайно низким индексом NАО.
Вполне ясно, что океан обладает ключом к точным и долгосрочным прогнозированиям погоды. Предупрежденные заранее крестьяне, например, могли бы засевать в случае необходимости свои поля засухоустойчивыми семенами. Врачи же, конечно, зная о приближении периода чрезвычайно высоких температур или сильных осадков, имели бы возможность преодолеть вспышки тропических болезней еще в зародыше.
Мы еще можем долго изучать последствия воздействия глобального потепления на моря и океаны. Перечень факторов, которые вызывают тревогу, бесконечен. Например, увеличение температуры моря влияет на повышение его уровня, а также на количество рыбы. Согласно некоторым компьютерным моделям возможно даже разрушение атлантического компонента «термо-халинской конвейерной ленты», что означало бы для Европы конец относительно мягких зим, по крайней мере, на период.
Наконец, глобальное потепление может сказаться на свойствах океана поглощать углекислоту (одна из самых больших проблем парникового эффекта). Сейчас моря и океаны «вытягивают» из атмосферы ежегодно около двух миллиардов тонн С02. Чтобы лучше это оценить, стоит привести следующие данные: в результате человеческой деятельности ежегодно в атмосферу выбрасывается около 7000000000 тонн С02. Следовательно, повышение температуры ограничивает способность морской воды поглощать С02. А так, то можем ли мы и в дальнейшем подвергаться риску и пренебрегать океанами?
Автор: Джон Гоулд.