Океан, резервуар тепла; Океанська платформа; Погода
Клімат нашої планети значною мірою управляється океаном, який є головним регулятором глобального клімату завдяки постійному радіаційному, механічному та газоподібному обміну з атмосферою.
Зокрема, океан поглинає, зберігає та транспортує тепло від сонця під час свого руху, впливаючи на температуру та циркуляцію атмосфери. Крім того, океан є основним джерелом опадів. Здатність океану накопичувати тепло набагато ефективніша (поглинання 93% надлишку енергії внаслідок збільшення атмосферної концентрації парникових газів внаслідок діяльності людини), ніж континенти (3%) та атмосфера (1%) . Таким чином, це впливає на клімат та його зміни.
Однак, як наслідок поглинання океаном надлишку тепла, спричиненого збільшенням атмосферного вмісту парникових газів, морські води нагріваються, що має наслідки для властивостей та динаміки океану, його обміну з атмосфери та на місцях проживання морських екосистем. Тривалий час дискусії про кліматичні зміни не враховували океани. Це досить просто, тому що про них було відомо дуже мало. Однак наша здатність розуміти та передбачати еволюцію клімату Землі залежить від наших знань про океани та їх ролі в кліматі.
ОКЕАН: ТЕПЛОВИЙ РЕЗЕРВУАР І ДЖЕРЕЛО ВОДИ
Механізм занурення цих вод (внаслідок зміни щільності, взаємозв'язку між їх температурою та сольовим навантаженням) є початковою точкою океанічної циркуляції у глобальному масштабі, яка називається "термогалінова циркуляція" (від грецького thermos: температура, халін: сіль). Океан також динамічно реагує на зміни кліматичних умов (вітри, сонячне світло тощо).
Час цих переносів і перерозподілу дуже мінливий, охоплюючи від сезону до року в тропічних регіонах, до десятиліття -50 у поверхневих шарах, до декількох сотень або навіть тисяч років у глибоких шарах.
Атмосфера та океан не тільки обмінюються теплом, але й водою у вигляді випаровування та опадів (дощ, сніг). Світовий океан містить 97,5% земної води, материки 2,4%, а атмосфера менше 0,001%. Вода безперервно випаровується переважно з океану. Дощ і скид еусу компенсують це випаровування, але не обов’язково в тих самих регіонах.
З тих пір океан був солоним, що змінює його фізичні властивості, зокрема щільність. Таким чином, обмін водою з атмосферою, надходження річок, танення морського льоду або крижаних шапок сприяють змінам щільності морської води, циркуляції океану, а також вертикальним переносам в океані.
Загалом, гази більш розчинні у холодній воді, ніж у теплій. Тому поверхневі води у високих широтах багатші на газ, ніж у низьких широтах. Оновлення поверхневих вод шляхом океанічної циркуляції і, зокрема, обмін з глибоким океаном, відіграє дуже важливу роль у діоксиді вуглецю та кругообігу вуглецю, рухаючи збагачені води з високих широт до глибокого океану.
ОКЕАН ГРІЄ
Нещодавнє потепління, спричинене викидами парникових газів внаслідок діяльності людини, впливає не лише на нижні шари атмосфери та поверхню континентів.
Завдяки вимірюванням температури моря, зібраним за останні 5-6 десятиліть на перших 1000-2000 метрах океану, з кораблів, океанографічних буїв і причалів, а нещодавно і поплавців, що дозволяють робити автоматичні вертикальні профілі (міжнародний проект Argo) Перші 2000 м водної товщі океанологи спостерігали, що за цей період океан значно потеплів.
Нещодавнє потепління океану в основному впливає на поверхневі шари (перші 300 - 500 метрів), але в регіонах, розташованих у великих широтах, це потепління сягає глибоких шарів (Рисунок 1; Rhein et al., 2013; Levitus et al., 2012; Ishii and Kimoto, 2009; Domingues et al., 2008; Palmer et al., 2007; and Smith and Murphy, 2007).
Рис. 1 - (а) Оцінки середньорічного вмісту тепла в ZetaJ (1 ZetaJ (ZJ) = 1021 Джоулі) для верхнього шару океану (від 0 до 700 м глибини), розраховані за спостереженнями. Ці оцінки є оновленням оцінок роботи Levitus et al., (2012), Ishii and Kimoto (2009), Domingues et al., (2008), Palmer et al., (2007) та Smith and Murphy ( 2007). Невизначеність виглядає сірим кольором, як це було опубліковано в різних роботах. (b) Оцінки 5-річного середнього показника вмісту тепла в ZJ для шару 700-2000 м (Levitus 2012) та для глибокого океану (2000-6000 м) з 1992 по 2005 рік (Purkey and Johnson, 2010). Рисунок адаптований за Рейном та ін., 2013.
З 1950 р. Температура шару 0-300 м зросла приблизно на 0,3 ° С. Це приблизно половина зміни температури поверхні океану. Так само температура океану в середньому піднялася менше, ніж температура атмосфери.
Однак завдяки своїй масі та високій питомій тепловій цінності води це підвищення температури морської води робить океан найбільшим стоком і резервуаром для надлишкового тепла, що вводиться в систему. Клімат людиною.
Насправді понад 90% надлишку тепла, накопиченого в кліматичній системі за останні 50 років внаслідок антропогенного потепління, зберігається в океані (в 15-20 разів більше, ніж у нижчих шарах атмосфери та над сушею; рисунок 2). Це являє собою надлишковий запас енергії в океані, який становить понад 200 дзета-джоулів (2 • 1023 Дж; 1 ЗДж = 1021 Джоулів) з 1970-х років.
Крім того, останні результати показують, що в глибоких океанах накопичилося набагато більше тепла, ніж передбачалось до цього часу, що може пояснити, разом із впливом наявності природних змін клімату, таких як Ель-Ніньо - Південні коливання (ENSO), уповільнення потепління атмосфери, яке спостерігається в останні роки (Durack et al., 2014).
Цей надлишок тепла з океану походить від прямого нагрівання сонячною енергією (наприклад, в арктичних регіонах через збільшене зменшення поверхні морського льоду влітку) та від теплообміну із збільшенням випромінювання. Інфрачервоне через підвищену концентрацію парникових газів у атмосфера.
Показано, що накопичення надлишкової енергії в глибоких шарах океану відбувається безперервно і продовжує спричиняти збільшення вмісту тепла в океанах, незважаючи на майже нульову тенденцію поверхневих температур океану, що спостерігається протягом останнього десятиліття ( Балмаседа та ін., 2013).
Крім того, цей кліматичний перерву нещодавно пояснили збільшенням цього поглинання тепла глибокими водами (Drijfhout et al., 2014). Випадкова мінливість клімату з року в рік є загальновідомою, і це не дивно, враховуючи складність та нелінійність кліматичної системи. Тимчасовий застій у глобальному потепленні, таким чином, по суті пов'язаний з динамікою Світового океану.
Рис. 2 - Крива накопичення енергії в ZJ, що відноситься до 1971 року і розрахована між 1971 і 2010 роками для різних компонентів кліматичної системи Землі. Домінує потепління океану (виражене тут як зміна вмісту тепла). Океан поверхневих шарів (світло-блакитний колір, шар глибиною від 0 до 700 м) є головним фактором. Глибокий океан (темно-синій колір; шар води нижче 700 м) також робить дуже значний внесок. Танення континентального льоду (світло-сірого), континентальних поверхонь (помаранчевого) та атмосфери (фіолетового) вносить набагато менше. Невизначеність оцінок показана пунктиром. Рисунок адаптований за Рейном та ін. 2014 рік.
Океанічне потепління викликає побічні ефекти, які можуть бути дуже значними або навіть катастрофічними, і про які ми все ще мало знаємо. Серед них, очевидно, є внесок цього потепління у підвищення середнього рівня моря, яке в даний час становить 1 мм/рік. (Казенаве та ін., 2014)
Світовий океан і моря також мають ще один безпосередній вплив на зміну клімату: ймовірно, що внаслідок підвищення температури планетарний гідрологічний цикл змінився і посилився (Held and Soden, 2006; Allan et al., 2010; Smith et al., 2010; Cubash et al., 2013; Rhein et al., 2013).
Оскільки водяна пара є парниковим газом, це сприяє прискоренню потепління клімату, а отже і випаровуванню води. Сигналом зміни гідрологічного циклу в океані є зміна солоності. Сукупність останніх даних показує, що солоність поверхні змінилася за останні п’ять десятиліть, особливо із збільшенням контрасту між Північною Атлантикою та Північною частиною Тихого океану (Durack and Wijffels, 2010; Hosoda et al., 2009; Rhein et al., 2013).
Аналіз солоності у залежності від глибини також виявляє зміни (Durack and Wijffels, 2010; Rhein et al., 2013). Найвидатнішим спостереженням є систематичне збільшення протилежності солоності між субтропічними, більш солоними звивинами та регіонами найвищих широт, зокрема південної півкулі.
У масштабах Світового океану контрасти вказують на чистий перенос прісної води з тропіків у високі широти, що є ознакою посилення гідрологічного циклу. Для Північної Атлантики кількісний баланс зберігання тепла та потоку прісної води за останні 50 років узгоджується із потеплінням, яке збільшує вміст води в атмосфері, що призводить до посилення гідрологічного циклу (Durack et al., 2012).
Потепління океану також змінює його динаміку і транспорт тепла і солі всередині нього, тим самим локально порушуючи обмін енергією з атмосферою на його поверхні. Циркуляція термогаліну також може бути порушена і вплинути на клімат у глобальному масштабі, значно зменшивши транспорт теплоти до високих широт і до глибоких океанів.
МГЕЗК вважає дуже ймовірним, що ця циркуляція сповільниться протягом XXI століття, проте недостатня, щоб викликати похолодання в регіонах Північної Атлантики.
Потеплення океанічних вод також має прямий вплив на танення основи шельфів континентального льодовика, що оточує Гренландію та Антарктиду, два основні резервуари води, що зберігаються на континентах (Jackson et al., 2014; Schmidko et al., 2014; Schmidko та ін., 2014; Rignot та ін., 2014).
Таким чином, якщо ми вже знали, що глобальне потепління збільшує танення льодовиків, то зараз доведено, що саме потепління Світового океану в основному сприяє таненню льодовикових шельфів, що розширюють кригу Антарктики до океану. Наприклад, якщо взяти до уваги, що на Антарктиду припадає близько 60% запасів прісної води планети, дослідження виявляють, що на танення основи крижаних шапок припадає 55% загальної втрати їх маси льоду. 2003-2008 рр., Що представляє дуже великий обсяг (Rignot et al., 2014).
Крім того, потепління Світового океану вплине на біогеохімічні баланси океану та його біосфери (див. Тексти про вуглецевий насос та про закислення та дезоксигенацію океанів). Якщо більшість з цих пунктів згадати в наукових аркушах, що супроводжують цей, ми можемо згадати, що потепління також вплине на оксигенацію Світового океану: розчинність кисню зменшується із збільшенням температури. Вода (чим гарячіша вода, чим менше кисню). Наслідками в кінцевому підсумку є задушення морського біорізноманіття та обмеження середовища його проживання (Кілінг та ін., 2010).
За Сабріною Шпайх, Жилем Ревердіном, Ерле Мерсьє, Кетрін Жандель