Kunne klimaændringer lukke Golfstrømmen ned?

Katastrofefilmen "The Day After Tomorrow" fra 2004 skildrede de katastrofale effekter - superstorme, tornadoer og dybfrysninger - som følge af virkningerne af klimaændringer. I filmen, den globale opvarmning havde fremskyndet smeltningen af ​​polarisen, som forstyrrede cirkulationen i Nordatlanten, udløser voldsomme ændringer i vejret. Videnskabsmænd pøj-pøjdede de forfærdelige scenarier i filmen, men bekræftede, at klimaændringer faktisk kunne påvirke havcirkulationen - kunne det lukke Golfstrømmen ned?

De mange havstrømme og vindsystemer, der flytter varme fra ækvator nordpå mod polerne, transporterer derefter det kolde vand tilbage mod ækvator, udgør den termohaline cirkulation. (Termo refererer til temperatur, mens halin angiver saltindhold; begge faktorer bestemmer tætheden af ​​havvand.) Det kaldes også Great Ocean Conveyor, et udtryk opfundet i 1987 af Wallace Broecker, Newberry professor i geologi ved Institut for Jord- og Miljøvidenskab ved Columbia University og en videnskabsmand ved Lamont-Doherty Earth Observatory. Broecker teoretiserede, at ændringer i den termohaline cirkulation udløste dramatiske ændringer i Nordatlanten under den sidste istid.

På de høje breddegrader, det kolde vand på overfladen af ​​havet bliver mere salt, da noget vand fordamper og/eller salt udstødes i dannelsen af ​​havis. Fordi saltere, koldere vand er tættere og dermed tungere, det falder dybt ned i havet og bevæger sig langs dybet, indtil det kan stige til overfladen nær ækvator, normalt i Stillehavet og Det Indiske Ocean. Varme fra solen opvarmer derefter det kolde vand ved overfladen, og fordampning efterlader vandet mere salt. Det varme salte vand føres så nordpå; det slutter sig til Golfstrømmen, en stor kraftig havstrøm, der også drives af vind. Det varme salte vand rejser op langs den amerikanske østkyst, krydser derefter ind i den nordatlantiske region, hvor den frigiver varme og opvarmer Vesteuropa. Når vandet frigiver sin varme og når Nordatlanten, det bliver meget koldt og tæt igen, og synker til det dybe hav. Cyklussen fortsætter. Den termohaline cirkulation spiller en nøglerolle i at bestemme klimaet i forskellige områder af jorden.

Atlantic Meridional væltende cirkulation, del af den termohaline cirkulation, som omfatter Golfstrømmen, er havets cirkulationssystem, der fører varme nordpå fra troperne og den sydlige halvkugle, indtil den mister den i det nordlige Nordatlanten, Nordiske Hav og Labrador Hav, hvilket fører til det koldere vands dybe synkning.

Fordi den termohaline cirkulation hovedsageligt er drevet af forskelle i vandets tæthed, det afhænger af det kolde tætte vand, der synker ned i de dybe oceaner. Global opvarmning kan påvirke dette ved at opvarme overfladevand og smelte is, der tilfører ferskvand til cirkulationen, gør vandet mindre saltholdigt; denne opfriskning af vandet kan forhindre det kolde vand i at synke og dermed ændre havstrømmene.

Mens planeten opvarmes, mere og mere ferskvand kommer ind i systemet. I 2016 omfanget af Grønlands smeltende havis satte ny rekordlav. den maj, Arktis mistede omkring 23, 600 kvadratkilometer is dagligt, sammenlignet med det langsigtede gennemsnitlige tab på 18, 000 kvadratkilometer om dagen. En undersøgelse af Marco Tedesco, en forskningsprofessor ved Lamont-Doherty med speciale i Grønland, og kolleger foreslog, at en reduktion i temperaturforskellen mellem de polære og tempererede områder (Arktis opvarmes dobbelt så hurtigt som resten af ​​planeten) trak jetstrømmens luftstrømme nordpå. Den varme fugtige luft, den førte, svævede over Grønland, forårsager at rekorden smelter.

Indtil videre i år, Tedesco sagde, "Afsmeltningen i Grønland er inden for gennemsnittet, men det er stadig over gennemsnittet af, hvad der skete for 20 år siden...Snesmeltningen fra Sibirien er også smeltet hurtigere, der er kommet mere ferskvand fra Grønland, der er mere ferskvand fra havisen i det arktiske hav og mere ferskvand fra det nordlige Canada, som har smeltet i stigende hastighed. Alle disse faktorer peger i retning af at øge ferskvandsudledningen i den nordatlantiske del af Arktis. Det vil højst sandsynligt have en indflydelse."

Ud over at varme temperaturer accelererer Grønlands afsmeltning, sneen og isen bliver formørket af sort kulstof, (reducerer deres reflektionsevne og opvarmer sneen), og vindblæste alger og bakterier, der vokser i huller i isen. "Mere biologisk aktivitet indebærer mørkere overflader, hvilket igen indebærer mere smeltning, " sagde Tedesco. "Men jeg tror, ​​at der stadig ikke er nok viden til korrekt at projicere [hvad påvirkningerne kunne være]...Vi ved, at der er en påvirkning, og det er vigtigt at kvantificere den påvirkning, fordi vi skal vide, hvilke processer vi skal overveje at lave ordentlige fremskrivninger."

En undersøgelse fra 2015 antog, at ferskvand, som steg i det nordlige Atlanterhav med mere end 4, 500 kubik miles (19, 000 km3) mellem 1961 og 1995, svækkede dybvandsdannelsen af ​​Atlantic Meridional Overturning Circulation, især efter 1975. Oplaget er bremset mellem 15 og 20 procent i det 20. århundrede, en anomali uden fortilfælde i det sidste årtusinde, hvilket tyder på, at det ikke skyldes naturlig variabilitet. Forskerne antog, at dette kunne forklare hvorfor, i 2014, et specifikt område midt i Nordatlanten var det koldeste nogensinde siden 1880, mens de globale temperaturer alle andre steder steg. Undersøgelsen antydede, at den usædvanlige afkøling af denne region kunne skyldes en svækkelse af den globale transportør, der allerede er i gang. (Det ser ud til at have gjort en delvis bedring siden 1990.)

Michael Mann, Distinguished professor i atmosfærisk videnskab ved Penn State University, en af ​​undersøgelsens forfattere, bemærkede, at hvis Atlantic Meridional Overturning Circulation skulle kollapse totalt i løbet af de næste par årtier, det ville ændre havets cirkulationsmønstre, påvirke fødekæden, og påvirker fiskebestandene negativt. Vi ville ikke vende tilbage til meget kolde forhold, imidlertid, fordi havene har optaget så meget varme.

En anden undersøgelse fra 2015, der modellerede en hypotetisk opbremsning eller kollaps af Atlantic Meridional Overturning Circulation, konkluderede, at et kollaps kunne resultere i udbredt afkøling i hele Nordatlanten og Europa (selvom dette ville blive noget afbødet af global opvarmning). øget havis i Nordatlanten, ændringer i tropiske nedbørsmønstre, stærkere nordatlantiske storme, reduceret nedbør og flodstrømning samt reduceret afgrødeproduktivitet i Europa. Disse virkninger vil påvirke mange regioner rundt om i verden.

Havniveauet vil også blive påvirket. I øjeblikket er havniveauet lavere på den amerikanske østkyst, fordi vandet øst for Golfstrømmen, tættere på Europa, er varmere og udvider sig, så havniveauet der er højere. Hvis Golfstrømmen svækkes, temperaturforskellen mellem de to sider reduceres, så havniveauet vil stige vest for Golfstrømmen langs den amerikanske østkyst og Nordatlanten. Faktisk, havniveauet langs kysten og den Mexicanske Golf stiger hurtigere end i nogen anden del af USA, og nogle data tyder på, at det er fordi Golfstrømmen allerede er begyndt at bremse. Anden forskning tilskrev et spring i havniveaustigningen fra New York til Newfoundland fra 2009 til 2010 til at Atlantic Meridional Overturning Circulation bremsede 30 procent i samme periode, samt usædvanlige vindstrømme, der skubbede havvand mod kysten.

Ikke alle videnskabsmænd er enige om, at Atlantic Meridional Overturning Circulation aftager, eller at hvis det er, fænomenet er forårsaget af menneskeskabt global opvarmning. En undersøgelse fra 2016 antydede, at mens der er blevet udledt meget ferskvand fra Grønland, det er svært at spore, hvad der sker med den på grund af hvirvler og strømme. Denne forskning konkluderede, at det meste af Grønlands smeltevand bevæger sig sydpå, og det, der er tilbage af ferskvandet, er ikke nok til at påvirke Atlantic Meridional Overturning Circulation. Forskerne erkendte, imidlertid, at den igangværende hurtige afsmeltning af Grønland og stigninger i ferskvand på sigt kan påvirke det.

Den nederste linje er, at termohaline-cirkulationen er et meget komplekst system, og forskerne forstår endnu ikke alle de variabler, der er involveret i, hvordan det fungerer. Der er en løbende debat om, hvorfor Atlantic Meridional Overturning Circulation er svækket, og hvor meget det skyldes virkningerne af menneskelig aktivitet på klimaet.

I jordens fortid, forskere har set beviser for store tilførsler af ferskvand til Nordatlanten fra smeltende gletsjere og iskapper samt ændringer i den termohaline cirkulation under overgange ind og ud af glaciale perioder. Global opvarmning kan potentielt forårsage en nedlukning af termohaline-cirkulationen og efterfølgende regional afkøling, men fordi Jorden vil fortsætte med at opvarme som følge af drivhusgasemissioner, det ville ikke frembringe endnu en istid. Hvis termohaline-cirkulationen lukker ned, afkøling vil sandsynligvis kun forekomme i områder, der i øjeblikket opvarmes af havtransportøren. Og selvom den termohaline cirkulation lukkede ned, vinde ville stadig sandsynligvis drive Golfstrømmen; imidlertid, der ville være mindre varmt vand fra troperne, og Golfstrømmen kunne blive køligere og ikke nå så langt mod nord.

Den 5. vurderingsrapport fra det mellemstatslige panel om klimaændringer siger, "...den Atlantiske Meridionale væltende cirkulation forventes generelt at blive svækket i løbet af det næste århundrede som reaktion på stigningen i atmosfæriske drivhusgasemissioner... Samlet set, det er sandsynligt, at der vil være et vist fald i AMOC i 2050, men årtier, hvor AMOC-stigningerne også kan forventes."

Ifølge Broecker, selvom omorganiseringer af havcirkulationen er kernen i det, der skete i fortiden, vi kan ikke sige, hvad sandsynligheden er for, at opvarmning på grund af drivhusgasser vil udløse endnu en stor og brat forandring. Men hvis det skulle ske, konsekvenserne ville være langt mindre alvorlige, da i fortiden, store eksisterende vidder af havisen var væsentlige spillere i afkøling af planeten. "En transportørnedlukning er ikke sandsynlig, sagde Broecker. Men hvis det skete, det ville være ti gange mindre dramatisk og vigtigt end det, der skete under istiden, da det forårsagede en temperaturændring på 10˚C."

"Vi overvåger styrken af ​​dybt vand, der går sydpå, " sagde han. "Og vi finder store sæsonmæssige ændringer og årlige ændringer ... Det er et kompliceret system, og vi kan ikke lave nogen forudsigelser."

"Det vigtige er at forstå bedre, hvad der sker, hvornår det sker, og hvad de potentielle implikationer vil være, " sagde Tedesco. "Vores prioritet er bedre at vurdere adfærden i Arktis og dets forbindelser til den tempererede del af planeten på kort og lang sigt... Spørgsmålet er ikke, om tingene vil ændre sig, sagen er hvor hurtigt og hvornår de vil ændre sig, og hvad er de ændringer, vi kommer til at se. Der er ændringer på lokal skala, der sker på en meget kortere tidsramme, og ændringer på lang sigt, der kan omfatte nedlukning af havcirkulationen. Vi er nødt til at forstå processerne for korrekt at bygge modellerne [for at lave fremskrivninger]."

Denne historie er genudgivet med tilladelse fra Earth Institute, Columbia University:blogs.ei.columbia.edu .