Прихований двигун клімату
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Свій найтісніший контакт із морем більшість людей відчуває, стоячи на березі і вдивляючись в обрій на відстані кількох кілометрів. Та рідко хто знає про те, що під водяною поверхнею та за видноколом прихований глибинний океан, який впливає на життя кожного землянина.
Наукове дослідження океанів почалося 125 років тому під час кругосвітнього плавання корабля торгового флоту «Челенджер» Британського адміралтейства. Ця та наступні експедиції склали картограму океанських глибин і властивостей води (температура та солоність). Вже в середині XX сторіччя ми володіли загальними, хоч далеко не повними, знаннями про фізичні процеси в океанах.
Сьогодні вчені стоять на півдорозі до здійснення головного проекту, навіть важливішого з історичного погляду, ніж праця експедиції «Челенджера». Йдеться про так званий Експеримент кругообігу світового океану здійснюваний у рамках Програми досліджень світового клімату. З допомогою сучасних дослідних човнів, буїв та роботів провадиться картографування комплексних океанських течій та нагромадження надзвичайно точних даних замірювань. Тим часом супутники спостерігають за температурою поверхні води, вітрами, хвилями, припливами та відпливами, а також за змінами нахилів водяних поверхонь, спричиненими течіями. Аналізуючи отримані дані з допомогою найбільших у світі комп’ютерів, ми поволі відкриваємо для себе океан як прихований двигун клімату. Ми вступаємо в нову епоху дослідження океану.
Аби краще зрозуміти ключову роль океану, треба уявити його величезним резервуаром сонячного тепла. Океани володіють особливою властивістю приймати та пропускати тепло. Наприклад, триметрова поверхнева товща океану прогрівається тією самою кількістю тепла, яка потрібна, щоб потепліла загальна атмосфера на 1°С. Така властивість океану дозволяє йому нагромаджувати надлишки літнього тепла, а потім потроху віддавати його взимку. Ефект цього феномена особливо очевидний, якщо порівняти різниці температур між зимою та літом, скажімо, на острові і десь у центрі якоїсь континентальної місцевості, що лежать на однаковій широті. Наприклад, Азорські острови і Канзас-Сіті розташовані близько 40° північної широти, а різниця температур становить відповідно 7°С і 29°С.
Ця здатність нагромадження є лише одним аспектом вирівнювання клімату. Океанські течії також розносять тепло по всьому світу. Наприклад, Гольфстрім та його відгалуження несуть тепло від Флориди до Ірландії і далі в напрямку Арктики. Внаслідок цього у Північно-Західній Європі тепліше на 10°С, ніж у Лабрадорі, що в Північній Америці, хоч обидві території розташовані на однаковій широті. Кажучи простіше, система поверхневих океанських течій транспортує тепло від екватора до полюсів, від яких вода холодними глибокими течіями повертається назад.
Обсяги транспортування тепла також надзвичайно великі. Наприклад, Північноатлантична течія переносить тепла у напрямку полюса в межах 1 мільйона мегават, що рівноцінне 50-разовому споживанню енергії населенням світу. Систему теплих та холодних течій пояснюють термохалінською циркуляцією. Атлантична гілка з певних поглядів є ключем до глобальної системи. «Кругова подорож» на цій термохалінській «конвеєрній стрічці» може тривати до тисячі років.
Термохалінська циркуляція пускається в рух почасти вітрами та обертанням Землі, почасти також перетворенням теплої (легкої) поверхневої води на холодну (щільну) воду в високих широтах. Термін «термохалін» (термо — тепло, халін — сіль) дає нам ключ до розуміння цього процесу. Сіль запобігає замерзанню води, коли вона, вода, віддає своє тепло атмосфері під час полярних зим. Таким чином охолоджуючись (нижче 0°С), щільніша і через те менш рухлива вода у вигляді «колон» опускається на дно океану і живить глибинні, вузькі течії, що снують океанським лоном у напрямку екватора. Холодна вода поволі змішується з теплішою водою, що над нею, і в такий спосіб завершує коловорот «конвеєрної стрічки».
Складаючи картограму шляхів циркуляції, вчені почали доходити розуміння ролі океану стосовно клімату та його мінливості. Ефект нинішнього Ель-Ніньо може бути яскравим прикладом важливості цієї справи. Коли розвивається Ель-Ніньо, теплі води, які звично втримуються панівними вітрами у північній екваторіальній зоні Тихого океану, мігрують на схід у напрямку Південної Америки.
З нагромадженням знань про клімат ми помічаємо появу нових його зразків. Різницю у співвідношеннях атмосферного тиску на Азорських островах та Ісландії взято за мірку сили західних вітрів над Атлантичним океаном. Цей так званий індекс Північно-атлантичного коливання (NАО) може мати причетність до холодніших і тепліших зим у Європі, оскільки вітри приносять тепло з океану на суходіл. Тепер ми у змозі пояснити незвичайно м’які європейські зими на початку 90-х років та в останні роки. І навпаки, люті зими та сніговії у 40-х роках, які відіграли неабияку роль у розгромі Гітлера під Москвою, безпосередньо пов’язані з надзвичайно низьким індексом NАО.
Цілком ясно, що океан володіє ключем до точних і довготермінових прогнозувань погоди. Попереджені заздалегідь селяни, наприклад, могли б засівати у разі потреби свої поля посухостійким насінням. Лікарі ж, звичайно, знаючи про наближення періоду надзвичайно високих температур або сильних опадів, мали б змогу подолати спалахи тропічних хвороб ще в зародку.
Ми ще можемо довго вивчати наслідки впливу глобального потепління на моря й океани. Перелік чинників, які викликають тривогу, безкінечний. Наприклад, збільшення температури моря впливає на підвищення його рівня, а також на зарибненість. Згідно з деякими комп’ютерними моделями можливе навіть руйнування атлантичного компонента «термо-халінської конвеєрної стрічки», що означало б для Європи кінець стосовно м’яких зим, принаймні на якийсь період.
Нарешті, глобальне потепління може позначитися на властивості океану поглинати вуглекислоту (одна з найбільших проблем парникового ефекту). Нині моря й океани «витягують» з атмосфери щорічно близько двох мільярдів тонн С02. Щоб краще це оцінити, варто навести такі дані: внаслідок людської діяльності щороку в атмосферу викидається близько 7 мільярдів тонн С02. Отже, підвищення температури обмежує здатність морської води поглинати С02. А так, то чи можемо ми й надалі наражатися на ризики та нехтувати океанами?
Автор: Джон Гоулд.