Cyrkulacja atlantycka w kiepskiej formie. Czy może dojść do załamania?

„My, niżej podpisani, jesteśmy naukowcami pracującymi w dziedzinie badań nad klimatem i uważamy za pilne zwrócić uwagę Nordyckiej Rady Ministrów na poważne ryzyko istotnej zmiany cyrkulacji oceanicznej na Atlantyku. Szereg badań naukowych przeprowadzonych w ciągu ostatnich kilku lat sugeruje, że ryzyko to było do tej pory znacznie niedoceniane. Taka zmiana cyrkulacji oceanicznej miałaby niszczycielskie i nieodwracalne skutki” – napisali w październiku klimatolodzy w swoim liście do instytucji zrzeszającej rządy Danii, Finlandii, Islandii, Norwegii i Szwecji. W ostatnich latach badania zaczęły wykazywać, że wyraźne zmiany mogą wystąpić jeszcze w tym stuleciu.

Naukowcy wskazali, że Arktyka jest „strefą zero” dla ziemskiego klimatu. Jest najszybciej ocieplającym się regionem świata i znajduje się tam wiele elementów kluczowych dla stabilności ziemskiego klimatu: lądolód grenlandzki i obszary wiecznej zmarzliny, a ponadto tworzy się tam lód morski oraz działa AMOC. Wraz z postępującym wzrostem średniej globalnej temperatury wszystkie te elementy są narażone na poważne, wzajemnie powiązane zmiany. A nawet niewielkie wahania natężenia AMOC mogą mieć silny wpływ na wiatry, temperaturę i opady, w tym ekstremalne zjawiska pogodowe, szczególnie w Europie.

Czym jest AMOC?

AMOC, czyli Atlantycka Południkowa Cyrkulacja Wymienna (ang. Atlantic Meridional Overturning Circulation) jest częścią globalnego systemu prądów oceanicznych. To odgałęzienie cyrkulacji termohalinowej działające na Oceanie Atlantyckim. To główny mechanizm transportu ciepła w kierunku bieguna północnego. Jest jednym z elementów regulujących klimat na Ziemi.

W takim razie – czym jest cyrkulacja termohalinowa, zwana też południkową cyrkulacją wymienną (ang. meridional overturning circulation, MOC) lub globalnym pasem transmisyjnym (ang. ocean conveyor belt)? To globalna cyrkulacja wód oceanicznych spowodowana zmianami gęstości wody morskiej. Człon termo- odnosi się do temperatury, a -halin do zawartości soli.

To od tych dwóch czynników zależy gęstość wody w morzach i oceanach. Zasolenie zależy od intensywności parowania oraz ilości opadów. Im wyższa jest temperatura, tym woda intensywniej paruje i zasolenie lokalnie wzrasta. Z kolei im wyższe są opady w danym miejscu, które dodają porcję świeżej wody do wody słonej, tym stężenie soli w wodzie będzie niższe. W strefie międzyzwrotnikowej wody powierzchniowe (np. Morze Śródziemne, Morze Czerwone, Zatoka Perska) są więc bardziej zasolone niż na wyższych szerokościach geograficznych (np. Bałtyk), gdzie parowanie jest znacząco słabsze i opady oraz dopływ wody z rzek nad nim przeważają. Zatem im wyższe zasolenie i niższa temperatura wody w oceanie, tym jest ona gęstsza.

Do najgęstszych obszarów w oceanach należą jednak Północny Atlantyk w okolicy Islandii, Grenlandii i Skandynawii, a także wody wokół Antarktydy, ponieważ podczas formowania pływającego lodu morskiego – który w swojej strukturze nie zawiera soli – cała sól przedostaje się do wody poniżej. Wpływa też na to wymiana wody między akwenami, zależna od ułożenia kontynentów, łańcuchów górskich i kierunku wiatrów.

Jak działa cyrkulacja termohalinowa?

Proces cyrkulacji termohalinowej rozpoczyna się, gdy ciepła i zasolona woda na powierzchni oceanu w okolicach równika wędruje w kierunku bieguna północnego, gdzie uwalnia ciepło do atmosfery, sama ochładza się i tworzy lód morski. Gdy woda zamarza, zawarta w niej sól jest „wypychana” do wody pod lodem. W ten sposób zimna i już całkiem gęsta woda staje się jeszcze gęstsza przez wzrost zasolenia i opada na dno. Z głębin na północy ta zimna, gęsta woda jest transportowana przez prąd głębinowy na południe.

W pobliżu Antarktydy, na Oceanie Południowym, miesza się z jeszcze gęstszą wodą, przez co opada jeszcze głębiej. Tutaj prąd głębinowy rozgałęzia się na dwie odnogi i transportuje zimne wody na północ (na Ocean Indyjski) oraz na wschód (na Ocean Spokojny). Tam woda ogrzewa się, przez co zmniejsza gęstość i wypływa na powierzchnię. Następnie pasaty, które wieją ze wschodu na zachód, wywołują prądy powierzchniowe, które transportują ciepłe wody powierzchniowe z powrotem na Atlantyk.

AMOC to zatem część cyrkulacji termohalinowej, która zachodzi na Oceanie Atlantyckim. Przenosi ciepłą wodę z tropików na północ, a zimną – z północnego Atlantyku na południe. Pełen cykl – czyli przetransportowanie teoretycznego metra sześciennego wody w to samo miejsce w obrębie Oceanu Atlantyckiego – trwa około 1000 lat.

Cyrkulacja termohalinowa, a przede wszystkim jej część zwana Golfsztormem, sprawia, że zima w Europie jest cieplejsza niż na innych kontynentach na podobnej szerokości geograficznej. Golfsztrom, czyli Prąd Zatokowy, to część ciepłego prądu w ramach AMOC, który płynie na Północny Atlantyk, na odcinku od Zatoki Meksykańskiej po Przylądek Hatteras w Karolinie Północnej (na obrazku powyżej lewa część czerwonej odnogi prądu). W tym miejscu zaczyna się on oddalać od wybrzeża Ameryki i płynie w stronę Europy już jako Prąd Północnoatlantycki. Warto jednak zwrócić uwagę, że to nazewnictwo historyczne, a coraz częściej w publikacjach i artykułach ciepły prąd płynący na północ bywa w całości nazywany Golfsztormem – tak też będzie nazywany tutaj. Woda niesiona przez Golfsztorm, gdy ochładza się na północy, oddaje do atmosfery ogromne ilości ciepła.

Jak wygląda sytuacja?

Teraz naukowcy ostrzegają, że załamanie AMOC może nastąpić jeszcze w tym stuleciu, ponieważ przekroczenie punktu krytycznego (progu, po którym dana zmiana w systemie klimatycznym będzie nieodwracalna, przynajmniej w skali ludzkiego życia) może wystąpić już przy ociepleniu o 1,5-2°C. Zgodnie z najnowszym raportem Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC), jeśli będziemy kontynuować polityki sprzed 2020 r., to do końca stulecia prawdopodobnie czeka nas ocieplenie o 3,2°C (s. 11). W latach 2013-2023 średnia globalna temperatura była wyższa o 1,19-1.22°C wyższa niż w czasach przedprzemysłowych (1850-1900).

Jeden z sygnatariuszy listu, prof. oceanografii Stefan Rahmstorf, powiedział Guardianowi, że osobiście sądzi, iż prawdopodobieństwo zatrzymania AMOC w tym stuleciu wynosi 50 proc. Jednakże, jak wytłumaczył: „Wielką niewiadomą – pytaniem wartym miliardy dolarów – jest to, jak daleko znajduje się ten punkt krytyczny. Odpowiedź na to pytanie jest bardzo trudna, ponieważ proces ten jest nieliniowy i byłby wywoływany przez subtelne różnice w zasoleniu, które z kolei zależą od ilości opadów deszczu i zachmurzenia nad oceanem, a także od tempa topnienia Grenlandii. Te czynniki są trudne do dokładnego modelowania komputerowego, więc istnieje duża niepewność co do tego, kiedy punkt krytyczny zostanie osiągnięty”.

W VI raporcie IPCC podano, że istnieje „średnia pewność”, że AMOC nie załamie się gwałtownie do 2100 roku. Naukowcy podpisani pod listem zwracają jednak uwagę, że coraz więcej badań jednak wskazuje, że ryzyko było dotychczas niedoceniane. „Celem tego listu jest zwrócenie uwagi na fakt, że tylko »średnia pewność« co do tego, że AMOC się nie załamie, nie jest uspokajająca i wyraźnie pozostawia otwartą możliwość załamania się AMOC w tym stuleciu” – wskazali. „Nawet przy średnim prawdopodobieństwie wystąpienia, biorąc pod uwagę, że wynik byłby katastrofalny i miałby wpływ na cały świat w nadchodzących stuleciach, uważamy, że należy zrobić więcej, aby zminimalizować to ryzyko” – zaznaczono w liście.

Jak dodał prof. Rahmstorf, nie można całkowicie wykluczyć, że do załamania już nie doszło. AMOC wyraźnie słabnie. „Bardzo trudno byłoby to stwierdzić na podstawie obserwacji. W punkcie krytycznym nie dzieje się nic dramatycznego”. „Oznacza to po prostu, że AMOC jest wtedy skazany na zagładę i będzie powoli umierał, ale proces ten może potrwać od 50 do 100 lat” – pocieszająco podsumował.

Na razie brakuje jednak danych, by wydać ostateczny wyrok. Jak wskazał dr René M. van Westen, autor jednego z najnowszych badań dotyczących słabnięcia AMOC – z lutego 2024 r., „możemy tylko powiedzieć, że zbliżamy się do punktu krytycznego i że możliwe jest załamanie AMOC”.

Cyrkulacja się załamie – i co z tego?

Jakie byłyby (lub, można chyba powiedzieć, prędzej czy później będą) skutki tego procesu? Otóż już teraz nad subpolarnym Oceanem Atlantyckim utworzyła się „zimna plama”. Gdy AMOC słabnie (a więc zarazem też Golfsztorm), mniej ciepłej wody jest transportowane z południa na północ – między innymi przez to powstał na Ziemi pojedynczy obszar, który się ochładza, zamiast nagrzewać – „zimna plama” właśnie przy biegunie północnym.

Wraz z postępującym ociepleniem cała reszta świata, a w szczególności otaczająca „zimną plamę” Arktyka, będzie się ogrzewać, a plama powiększać i pogłębiać. Do tego topniejące pokrywy lodowe dodają do wody w oceanach porcję słodkiej wody, co wpływa na jej gęstość. Mniejsza gęstość wody powoduje ograniczone opadanie jej w niższe warstwy oceanu i może spowalniać prądy – w przeszłości planety już do tego dochodziło. Te postępujące zjawiska prawdopodobnie doprowadziłyby do „bezprecedensowych ekstremalnych zjawisk pogodowych”. Do tego mogłoby dojść przesunięcie pasów opadów tropikalnych, które wywołałoby susze w wielu regionach, zmniejszona absorpcja dwutlenku węgla przez oceany oraz większy wzrost poziomu morza na wschodnim wybrzeżu USA i w Europie.

Naukowcy zaapelowali więc: „uznając, że przystosowanie się do tak poważnej katastrofy klimatycznej nie jest realną opcją, wzywamy Radę Nordyckich Ministrów do zainicjowania oceny tego znaczącego ryzyka dla krajów nordyckich oraz podjęcia kroków w celu zminimalizowania tego ryzyka w jak największym stopniu. Mogłoby to obejmować wykorzystanie silnej międzynarodowej pozycji krajów nordyckich w celu zwiększenia presji na pilniejsze i priorytetowe traktowanie globalnych wysiłków na rzecz jak najszybszej redukcji emisji, aby zbliżyć się do celu 1,5°C określonego w Porozumieniu Paryskim”.