Czy globalne ocieplenie zatrzyma cyrkulację Atlantyku i wszyscy zamarzniemy?
Golfsztrom
04.03.2024, 12:55
Prof. Jacek Piskozub

Odkąd Europejczycy osiedlili się w Ameryce Północnej, fascynowało ich, jak różny jest klimat po obu stronach Atlantyku. Wystarczy porównać pary miast leżące na tych samych szerokościach geograficznych, aby zobaczyć, jak różne panują w nich warunki pogodowe, szczególnie zimą.

Takimi parami mogą być Nowy Jork i Neapol (oba miasta leżą mniej więcej na 40. st. szerokości geograficznej północnej) lub Toronto i Nicea (43. st. tej samej szerokości).

    Po zachodniej stronie Atlantyku doskwierają lodowate zimy, a mieszkańcy wschodniej strony oceanu cieszą się Lazurowym Wybrzeżem, na którym panuje ciepły klimat śródziemnomorski. 

Skąd te różnice?
Golfsztrom i łagodny klimat Europy

Oczywiście, częścią wyjaśnienia jest kierunek wiatrów dominujących na tych szerokościach – wiejących z zachodu na wschód. Zimą Nowy Jork czy Toronto są chłodzone przez powietrze nawiewane z wnętrza wychłodzonego kontynentu, a Europa jest ogrzewana przez powietrze napływające znad relatywnie ciepłego Atlantyku.

Olbrzymia pojemność cieplna oceanu sprawia, że regiony, w których wiatr wieje od morza (klimat morski), mają łagodniejsze zimy i mniej upalne lata od regionów, do których powietrze napływa z wnętrza kontynentu (klimat kontynentalny).

    Jednak sama różnica między klimatem morskim a kontynentalnym to za mało, aby wyjaśnić, czemu w Europie mamy tak ciepło, szczególnie zimą. 

Nad Oceanem Spokojnym różnice klimatyczne między jego wschodnimi i zachodnimi wybrzeżami nie są tak wielkie jak nad Atlantykiem. A miasta południowej Norwegii są zimą znacznie cieplejsze niż leżąca na podobnych szerokościach geograficznych południowa Alaska.

Wyjaśnieniem podręcznikowym różnic klimatycznych pomiędzy Europą a wschodnią częścią Ameryki Północnej jest istnienie atlantyckiego Prądu Zatokowego (Golfsztromu). To prąd morski, który niesie ciepłe i mocno zasolone wody z Zatoki Meksykańskiej (stąd nazwa) na północ, wzdłuż wybrzeży Stanów Zjednoczonych, a następnie skręca na północny wschód w stronę Europy.

    Jest on jednak tylko częścią systemu prądów dostarczających ciepło aż do Arktyki. 

Nie dość, że Golfsztrom ma swoją kontynuację w postaci Prądu Północnoatlantyckiego i dalej na północ Prądu Norweskiego, to źródłem niesionego przez te prądy ciepła nie jest Zatoka Meksykańska.

Jest nią… półkula południowa.

Wyjątkowy Atlantyk

Od kilkudziesięciu lat wiemy, że Atlantyk jest wyjątkiem wśród oceanów.

Normalnym kierunkiem transportu ciepła, zarówno przez prądy morskie, jak i wiatr, jest ten od tropików do regionów polarnych – czyli od najcieplejszych do najzimniejszych rejonów Ziemi. Na Atlantyku ciepło jest jednak transportowane na północ na całej jego długości: od Przylądka Dobrej Nadziei w RPA do Przylądka Północnego w Norwegii.

    Przyczyną wyjątkowości Atlantyku jest to, że wody tego oceanu są bardziej zasolone od sąsiadującego z nim Pacyfiku. 

Wynika to m.in. z rozmieszczenia i kształtu kontynentów oraz dominującego kierunku wiatru na różnych szerokościach geograficznych. W strefie wiatrów zachodnich Góry Skaliste skutecznie blokują transport pary wodnej z Pacyfiku do Atlantyku. Natomiast w strefie wiatrów wschodnich (pasatów) wąski Przesmyk Panamski nie stanowi większej przeszkody dla eksportu pary wodnej z Atlantyku do Pacyfiku.

Powoduje to różnicę w zasoleniu obu akwenów, a więc także w gęstości ich wód (woda bardziej słona jest gęstsza). A to ma z kolei olbrzymie znaczenie dla cyrkulacji oceanicznej.

Prądy morskie płynące na powierzchni oceanów to tylko najbardziej widoczna część tej cyrkulacji. Masy wód morskich toną tam, gdzie mają największą gęstość (czyli jednocześnie wysokie zasolenie i niską temperaturę), przemieszczając się w głębinach, by w wyniku mieszania się wód rozrzedzić się i stopniowo wrócić na powierzchnię.

Bez pętli wymiany wód, której domknięcie zajmuje blisko dwa tysiące lat, głębiny oceaniczne byłyby pustyniami pozbawionymi tlenu.
MOC czy AMOC?

Wysokie zasolenie północnego Atlantyku powoduje tonięcie w nim tak wielkich mas wody (ok. 15 mln m sześc. na sekundę – ogrom trudny do wyobrażenia), że zastępowane są one ściąganymi z południa ciepłymi wodami powierzchniowymi. W efekcie Golfsztrom i pozostałe prądy morskie niosą w stronę Dalekiej Północy strumień ciepła o mocy prawie dwóch terawatów, co odpowiada ponad 60 proc. łącznej mocy wszystkich elektrowni świata.

A ponieważ w procesie tym ważne są zarówno temperatura, jak i zasolenie wody morskiej, cyrkulacja ta nazywana jest termohalinową (od łacińskiej nazwy ciepła i greckiej – soli). Gdy wymyślano tę nazwę, nie doceniano jeszcze znaczenia mieszania wód w głębinach.

    W pełni zrozumieliśmy ten proces dopiero na początku XXI w. 

I pewnie dlatego w literaturze angielskojęzycznej dominuje obecnie inna nazwa – Meridional Overturning Circulation (MOC). Na język polski ciężko się to tłumaczy: Południkowa Cyrkulacja Odwracająca? Dlatego wciąż często nadal nazywamy ją termohalinową.


Spojrzenie na cyrkulację oceaniczną w trzech wymiarach pozwala lepiej zrozumieć, dlaczego północny Atlantyk jest jej kluczową częścią. To właśnie tam, na morzach Grenlandzkim i Labradorskim, zimowe sztormy wychładzają ciepłe i słone wody napływające z południa. Intensywne mieszanie, często aż do głębokości trzech kilometrów, pozwala tym wodom oddać do atmosfery olbrzymie ilości ciepła.

    Szacunki pokazują, że są one porównywalne ze strumieniem energii, jaki rejony tropikalne otrzymują ze Słońca w samo południe i przy bezchmurnym niebie. 

W wyniku chłodzenia wody oddającej ciepło powietrzu jej masy stają się ciężkie i opadają w głąb oceanu, aby powrócić na południe, wzdłuż stoków kontynentalnych Ameryki jako tak zwane Głębokie Wody Północnoatlantyckie.

W ten sposób formuje się (w sensie uzyskania wartości temperatury i zasolenia, jakie potem będą miały przez stulecia) 80 proc. oceanicznych wód głębinowych. Pozostałe 20 proc. powstaje wokół Antarktydy, gdy tworzy się prawie wolny od soli lód morski, pozostawiając za sobą najbardziej gęste (słone i zimne) wody oceanu światowego, tzw. Głębokie Wody Antarktyczne – wypełniają one najgłębsze części oceanów.

Ponieważ atlantycka gałąź cyrkulacji oceanicznej jest tak ważna (to tam tworzy się wspomniane 80 proc. wód głębinowych), otrzymała własną nazwę – Atlantic Meridional Overturning Circulation, w skrócie AMOC (czytane jako „amok").

Dlaczego powinno nas to obchodzić?

Zainteresowanie naukowców cyrkulacją atlantycką jest ogromne także dlatego, że w przeszłości, w ostatniej epoce lodowej zwanej plejstocenem – ale także już w holocenie, 8,2 tys. lat temu – zdarzały się epizody załamania tej cyrkulacji. Powodowały one znaczne oziębienie północnego Atlantyku i w mniejszym stopniu Eurazji, przy jednoczesnym ociepleniu półkuli południowej z powodu zatrzymania przepływu ciepła na północ.

Symulacje pokazują, że aby do tego doszło, niezbędny jest olbrzymi dopływ słodkiej wody do północnej części oceanu.

    Jest to logiczne, jeśli pamięta się że przyczyną formowania się wód głębinowych w tym akwenie jest jego szczególnie wysokie zasolenie. 

Zmniejszenie tego zasolenia – przez dopływ słodkiej wody – musi zmniejszyć także objętość i zawartość cieplną wód AMOC.

W epoce plejstoceńskiej i tuż po niej przyczyną zatrzymań AMOC były wlewy do Atlantyku słodkiej wody z wielkich jezior przylodowcowych (Jeziora Agassiz w Ameryce Północnej i być może również Jeziora Lodowego, które zajmowało miejsce dzisiejszego Bałtyku).

Przy pędzącej obecnie zmianie klimatu, spowodowanej wzrostem stężenia gazów cieplarnianych w atmosferze, źródłem dodatkowej słodkiej wody jest topnienie lądolodów i lodowców górskich. W przypadku północnego Atlantyku - głównie lądolodu Grenlandii.

Czy więc zatrzymanie albo mocne spowolnienie cyrkulacji atlantyckiej jest możliwe w tym lub w kolejnych stuleciach – przed czym ostrzegają nas kolejne publikacje ukazujące się w prestiżowych periodykach naukowych?

Słabnie czy nie? Oto jest pytanie

Istniejące modele cyrkulacji oceanicznej zdają się wskazywać, że nie. Przewidują one pewne zmniejszenie się AMOC do końca stulecia (średnio o 30 proc.), ale nie jego załamanie się.

Trzeba być jednak ostrożnym z interpretacją wyników modelowania, gdyż te same modele nie potrafią prawidłowo oddać historycznej zmienności cyrkulacji oceanicznej. Zbyt słabo reagują na wymuszenia w rejonie atlantyckim, takie właśnie jak wlew słodkiej czy słonej wody.

    Dlatego też naukowcy pilnie obserwują dane o stanie AMOC w rożnych rejonach Atlantyku. 

Od prawie 20 lat oceanografowie stawiają w poprzek Oceanu Atlantyckiego rzędy mooringów, podtrzymywanych pływakami wypornościowymi lin zakotwiczonych na dnie, do których przymocowane są autonomiczne przyrządy pomiarowe. Jak dotąd nie wykazały one statystycznie istotnego spadku AMOC.

Jednak serie pomiarowe są krótkie. Dlatego wiele grup badaczy zaproponowało przedłużenie ich w przeszłość za pomocą tzw. danych proxy, które obejmują inne własności fizyczne oceanu i mogą być zastępczą miarą wielkości AMOC.

W tym celu wykorzystywano już temperatury Wiru Subpolarnego (rejonu Atlantyku znajdującego się na południe od Grenlandii), sądząc że jego temperatura zależy prawie wyłącznie od ilości ciepła niesionego z południa przez prądy morskie. Wyniki tych analiz wskazywały na duży spadek AMOC, który miałby trwać od ponad 100 lat (o wynikach tych wypowiadałem się sceptycznie na łamach „Wyborczej 27 lipca 2023 r. – więcej pod linkiem wyżej).

    Problem w tym, że ten właśnie rejon oceanu chłodzony jest przez wiatry zachodnie, a ich siła w miesiącach zimowych ma tendencję rosnącą. 

W ostatnich 10 latach zjawisko to przynosi nam szczególnie łagodne zimy – „kosztem" temperatury wód atlantyckiego Wiru Subarktycznego. Wydaje się zatem, że jest to fałszywy alarm.
Kolejna publikacja o zaniku AMOC

Niedawno w piśmie „Science Advances" ukazała się kolejna publikacja na temat możliwego załamania się AMOC. Tym razem grupa naukowców z Utrechtu użyła modelu cyrkulacji dla sprawdzenia skutków zwiększenia strumienia słodkiej wody wpływającego do północnego Atlantyku z południa, który w wynikach modelowania zmniejsza się aż do momentu załamania cyrkulacji AMOC.

Omawiany artykuł pokazuje, jak bardzo oziębiłby się zimą rejon północnego Atlantyku. W ciągu stulecia, w którym nastąpiłoby załamanie AMOC, obszar między Islandią, Norwegią i Szkocją miałby się oziębić w lutym o 20-40 st. C, a Polska o ponad 10 st.

    Byłby to więc w praktyce powrót do warunków z epoki lodowej (plejstocenu). 

Oczywiście wymagałoby to zamarznięcia północnego Atlantyku, gdyż nad otwartą wodą takie mrozy nie są realistyczne.

Jest to pierwsza praca pokazująca za pomocą modelu cyrkulacji możliwość takiego zdarzenia. Powinno to być ostrzeżeniem, szczególnie biorąc pod uwagę słabą reakcję współczesnych modeli na tego typu wymuszenie.

    Jednak wagę tego ostrzeżenia osłabia to, w jaki sposób ustawiono modelowanie w tej pracy. 

Strumień słodkiej wody nie był w nim wodą dolaną do północnej części oceanu (jak w rzeczywistym świecie, gdzie spływa ona z lądolodu Grenlandii), a raczej był „pożyczką" z pozostałej części Atlantyku, skąd sztucznie zabierano słodką wodę.

Dlatego wynik wskazujący na to, że maleje dopływ słodkiej wody z rejonu, z którego się ją sztucznie zabiera, do rejonu. w którym się ją sztucznie dodaje, wydaje się oczywisty i niewnoszący zbyt wiele do dyskusji.

Nie jest zatem pewne, czy i jak wyniki modelowania uzyskane przez autorów publikacji przekładają się na przyszłość rzeczywistej Ziemi.

Nie pomaga też to, że w świecie tego modelu nie ma żadnego globalnego ocieplenia – koncentracje gazów cieplarnianych utrzymują się w nim na stałym poziomie.

    A postępujące ocieplenie atmosfery na pewno łagodziłoby zanik dopływu ciepła ze strony oceanu. 

Przy bardziej realistycznym modelowaniu, w którym co roku zwiększa się atmosferyczne stężenie CO2, w momencie załamania AMOC północny Atlantyk jest już na tyle ciepły, że nie zamarza nawet bez strumienia ciepła, a bez pokrycia lodem oziębia się tylko o kilka stopni.

A Polska znalazłaby się na samym skraju oziębionego obszaru, mając nadal pewne szanse na śnieg zimą w świecie cieplejszym o kilka stopni. Czyli i ten wynik artykułu nie wzbudza zaufania.
Co tam mroźne zimy, zalałoby nas

Publikacja w „Science Advances" na temat przyszłości AMOC może, oczywiście, stanowić jakieś ostrzeżenie. Jednak to, że topnienie lądolodu Grenlandii spowoduje zahamowanie cyrkulacji Atlantyku – a być może nawet jej zatrzymanie – jest ryzykiem, które od dawna dobrze rozumiemy.

Natomiast autorzy publikacji nawet nie próbują podać daty, kiedy miałoby to nastąpić.

    Oczywiście, ponieważ nie wiemy, jak blisko „punktu krytycznego" jesteśmy, powinniśmy starać się jak najmocniej przyhamować obecną emisję gazów cieplarnianych do atmosfery. Nie należy igrać z ogniem. 

I to nie tylko dlatego, że zatrzymanie AMOC może spowodować u nas mroźniejsze zimy (w ocieplającym się świecie nie byłoby to zapewne dużym problemem – może poza Islandią czy Wyspami Brytyjskimi).

Gorszym, a praktycznie nieistniejącym w dyskursie publicznym efektem załamania cyrkulacji atlantyckiej byłby prawie natychmiastowy wzrost poziomu północnego Atlantyku – a zatem i Bałtyku – o blisko pół metra. Jest to prosta konsekwencja zmiany prądów na północnym Atlantyku i w tej kwestii akurat wszystkie modele są zgodne. Byłoby to bardzo niebezpieczne dla wszystkich miejscowości nadmorskich.

Mamy więc kolejny argument za jak najszybszą dekarbonizacją naszej cywilizacji.

Redagował Tomasz Ulanowski