La Nina tak silna, że opadł ocean albo jak wyprowadzić wodę z morza do… Australii

ResearchBlogging.orgPoziom morza wzrasta obecnie o ponad 3 mm rocznie. Jednak są lata, gdy potrafi się on obniżyć. Jak to możliwe, kiedy to się zdarza i co wtedy dzieje się z “brakującą” wodą z oceanu? O tym właśnie jest ten wpis.

Poziom morza mierzymy metodami satelitarnymi od 1992 roku przy pomocy kolejnych satelitów o nazwach TOPEX/Poseidon, Jason-1 i Jason-2. Służą do tego radary umieszczone na sztucznych satelitach (metoda ta to tzw. altimetria). W tym czasie obserwujemy konsekwentny wzrost poziomu morza, średnio o 3,2 mm na rok (Rys. 1).

Jest to więcej niż wynikało z historycznych pomiarów dokonywanych na brzegach mórz, najczęściej w portach (nasze Świnoujście ma jedną z najdłuższych serii czasowych takich pomiarów). Wywoływało to początkowo niepokój o jakość danych satelitarnych jednak analiza danych wykazała, że to pomiary “klasyczne” skoncentrowane głównie w morzach przybrzeżnych półkuli północnej są mało reprezentatywne dla całego oceanu i gdy to uwzględnić wyniki pomiarów obiema metodami zgadzają się bardzo dobrze.

Poziom morza mierzony metodami satelitarnymi
Rys 1. Poziom morza mierzony metodami satelitarnymi od 1992 roku. Zaznaczona jest linia trendu (3,2 mm/rok).

Ten trend rosnący przypisuje się wpływowi globalnego ocieplenia. Trudno zresztą inaczej, gdyż ocieplenie planety podnosi poziom wody na dwa sposoby: poprzez topienie lądolodów i lodowców górskich oraz przez ogrzewanie wody morskiej. Wiem z doświadczenia jako wykładowca, że to drugie może wydawać się wielu osobom zaskakujące. Jednak fizycy wiedzą, że cieplejsza woda ma większą objętość, a pomiary pokazują, że ogrzewanie oceanu odpowiada za mniej więcej połowę wzrostu poziomu morza.

No właśnie, to da się zmierzyć. Na szczęście oba elementy bilansu (ubytek lodu i wzrost temperatury oceanu) są niezależnie mierzone. Pierwszy przy pomocy satelitarnej misji grawimetrycznej GRACE mierzącej masę lodu i wody w różnych rejonach Ziemi metodą pomiaru pola grawitacyjnego (mniejsza masa słabiej przyciąga), o której już pisałem, a drugi przy pomocy 3000 dryfujących sond automatycznych ARGO mierzących temperaturę oceanu do głębokości 2000 metrów (też o nich wspominałem). A co by było gdyby dodać wyniki tych pomiarów? Rysunek 2 pokazuje efekt takiego dodania (czerwona linia) porównany z mierzonym satelitarnie (altymetrycznie) poziomem morza (linia czarna).

GRACE + ARGO = altymetria
Rys. 2. Porównanie łącznego efektu zmian masy i temperatury oceanu(linia czerwona) oraz jego poziomu zmierzonych trzema niezależnymi metodami [1].
Jest tu jednak pewien szczegół, który należy podkreślić. Pomiary zmian masy oceanu to nie wyliczone z pomiarów grawimetrycznych zmiany masy lodu z ujemnym znakiem (z tego misja GRACE jest najbardziej znana). Nie, to bezpośrednie pomiary masy oceanów. Ma to znaczenie jak zobaczymy za chwilę.

Najpierw jednak zastanówmy się, skąd się wziął widoczny na Rysunku 2 spadek poziomu morza o 7 milimetrów w 2011 roku. Te 7 mm to więcej niż “normalny” dwuletni przyrost spowodowany globalnym ociepleniem. Czyżby rok 2011był taki zimny? Nie. Był zimniejszy niż poprzedni 2010, ale nie na tyle, aby uzasadnić taki spadek poziomu morza. Szczególnie, że jeden rok nie wystarczy, aby ogrzać czy ochłodzić oceanu zbyt głęboko. To musi być coś innego.

Zwróćmy uwagę na dłuższą serie czasową z Rysunku 1. Widać, że podobne spadek zdarzyły się i wcześniej. Zdarzały się też lokalne maksima poziomu morza np. w 1998 i 2010 roku. Ale zaraz zaraz, czy te lata nie są znane badaczowi klimatu? Są znane doskonale. Lata 1998 i 2010 to dwa ostatnie zjawiska El Nino (1998 najsilniejsze w zeszłym stuleciu). Natomiast w 2011 roku było inne zjawisko nazwane La Nina.

Przypomnę, że oba te zjawiska, charakteryzujące się odpowiednio ciepłą (El Nino) i zimną (La Nina) anomalią temperatur tropikalnego Pacyfiku są bardzo znane, bo wpływają na klimat dużej części planety, zmieniając nawet zauważalnie globalna temperaturą. Są one częścią cyklu o nieregularnym okresie 2 do 7 lat, zwanego ENSO, obejmującego cyrkulację oceaniczna i atmosferyczna w rejonie Pacyfiku. Temperatura powierzchni Pacyfiku zmienia się w tym cyklu przez obecność lub brak wybijania (upwellingu) zimnych głębinowych wód na Wschodnim Pacyfiku, czyli przy brzegach Ameryki (tak, to nie pomyłka!). Jednak na temperaturę całych tropików, a przez to i Ziemi, ENSO wpływa poprzez zmiany zachmurzenia ponad tropikalnymi oceanami. Ale to już inna historia.

Rysunek 2 pochodzi z artykułu Boening i inni z 2013 roku [1] o pięknym tytule, który przetłumaczę jako “La Nina z 2011 roku: tak silna, że opadły oceany”. Wiadomo już skąd wzięła się pierwsza część tytułu tego wpisu. Nie wyjaśniłem jednak nadal, jaki był mechanizm tego zjawiska. Otóż jego autorzy dodając wpływy zmian masy i temperatury na poziom morza nie mogli nie zaważyć, że za spadek odpowiedzialne jest to pierwsze zjawisko. Z oceanu ubyło wody. Prosty rachunek pokazuje, że ubyła astronomiczna ilość 2.500.000.000.000 ton wody (trzeba znać promień ziemi, wzór na powierzchnie kuli i uwzględnić, że ocean to 70% powierzchni Ziemi – proszę mnie sprawdzić, licząc samemu). Mówiąc bardziej naukowo jest to 2,5 • 1015 kg wody.  Jednak w każdej postaci matematycznej jest to masa trudna do wyobrażenia.

Czy te zmiany masy oceanu oznaczają, że w 2011 roku lodowce wolniej topniały? Otóż nie. Zatem w jaki inny sposób może się zmienić masa oceanu? Jest tylko jedna możliwość: zmiany w parowaniu i opadach. Tu uważny czytelnik, nie będący hydrologiem, zapewne zakrzyknie ‘To niemożliwe’. Ja też hydrologiem nie jestem i też mi było trudno w to uwierzyć. Jednak Boening i inni porównali zmiany masy oceanu zmierzone grawimetrycznie ze zmianami masy kontynentów. I tu też uzyskali zgodność (wykresu Wam oszczędzę), a jedynym sposobem zmiany masy kontynentów w tak krótkim czasie jest zmiana ilości wody na nich. A skąd ta woda się weźmie? Oczywiście z opadów.

To, że tropikalne i subtropikalne kontynenty są bardziej suche podczas ciepłego El Nino i mokre podczas chłodnej la Niny, to dobrze znany fakt. Wpływa to nawet na cykl węgla na nich co zauważalnie zmienia ilość CO2 w atmosferze (ale to jeszcze inna historia). Zresztą rok 2011 nie jest tu wyjątkiem. Rysunek 3 to wyrysowana na jednym wykresie temperatura środkowego tropikalnego Pacyfiku (indeks NNO 3.4) i poziom morza (pozbawiony trendu i podzielony przez 10, czyli wyrażony w centymetrach):

NINO3.4 a poziom morza
Rys. 3. Anomalie powierzchniowej temperatury środkowego tropikalnego Pacyfiku (czerwone i niebieskie) oraz poziomu morza (czarne) – oba po usunięciu trendu.

Widać, że zmiany temperatury centralnego Pacyfiku wyprzedzają o kilka miesięcy zmiany poziomu morza (czyli masy wody na kontynentach z przeciwnym znakiem). Jest to logiczne, bo przenoszenie takich ilości wody z oceanu na ląd musi trwać. Podobnie jej późniejszy powrót do morza przy pomocy spływu rzekami i zwiększonego parowania nietypowo wilgotnej gleby.

Pozostaje jeszcze pytanie, jakie dokładnie kontynenty zostały wzbogacone wodą w 2011 roku. Na szczęście metody grawimetryczne pozwalają policzyć to dla każdego kontynentu z osobna. jest to temat niedawno opublikowanego drugiego artykułu tych samych autorów, Fasullo i inni 2013 [2]. Z niego pochodzi Rysunek 4:

Zmiany masy kontynentów
Rys. 4. Zmiany masy kontynentów: wszystkich, Australii, Południowej Ameryki i Północnej Ameryki w funkcji czasu

Widać na nim jak podczas El Nino w 2010 roku maleje masa kontynentów a podczas La Nini 2011 rośnie, by później wrócić do “normy”. Gdzie zmiany są największe. Otóż dużą część zmian globalnego poziomu morza wzięła w omawianych latach na siebie… Australia, najmniejszy kontynent naszej planety. I to dość suchy. jednak ten właśnie fakt i ukształtowanie powierzchni Australii (depresje w centrum kontynentu) powodują, że woda z anomalnie dużych opadów nie jest w stanie za szybko wrócić do oceanu.

Jednak czy rzeczywiście w 2011 roku były w Australii anomalnie duże opady? Ba, to mało powiedziane. Była to jedna z największych powodzi w (co prawda krótkiej) historii tego kraju. Największe opady były w stanie Queensland na wschodzie. Jeśli kto ciekaw szczegółów oto jej opis wg. anglojęzycznej Wikipedii. Zginęło 38 ludzi, a straty wynosiły ponad 2 mld dolarów australijskich. Oto, pierwszy zresztą z brzegu, obrazek z tej powodzi:

Jaki z tego morał? Nauka o klimacie to nie etyka (i całe szczęście), więc o morały trudno. Jednak o jeden się pokuszę. Niektórzy mieli nadzieję, że spadek poziomu morza w 2011 roku wróży spowolnienie lub nawet zatrzymanie jego wzrostu. Niestety, nie dość, że poziom morza nie tylko wrócił do swego poprzedniego tempa wzrostu, ale nawet je ostatnio przewyższył (patrz Rys. 1), mimo że nie ma teraz El Nino. Po prostu woda z powodzi australijskich (i innych) wróciła do oceanu, a lodowce topią się coraz szybciej. I coraz szybciej nagrzewa się ocean. Ale to też inna historia. A dokładniej dwie.

 

Przypisy:

[1] Boening, C., J. K. Willis, F. W. Landerer, R. S. Nerem, and J. Fasullo (2012). La Niña: So strong, the oceans fell Geophysical Research Letters, 39 DOI: 10.1029/2012GL053055

[2] Fasullo, J. T., C. Boening, F. W. Landerer, and R. S. Nerem (2013). Australia’s unique influence on global sea level in 2010–2011 Geophysical Research Letters, 40 DOI: 10.1002/grl.50834

Hits: 16

Subscribe
Notify of
guest

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.

36 Comments
Inline Feedbacks
View all comments
xx
xx
6 years ago

“Widać na nim jak podczas El Nino w 3010 roku maleje masa ”

Autor chyba trochę się zapędził 🙂

PPB
PPB
6 years ago

Czegoś tu nie rozumiem. Na przysłowiowy chłopski rozum to cieplejszy ocean powinien intensywniej parować, więc większych opadów spodziewał bym się podczas El Nino. Dlaczego dzieje się odwrotnie?

PS: nareszcie nowa notka 🙂

pdjakow
pdjakow
6 years ago

Może dlatego, że opad musi jeszcze występować głównie na jakimś lądzie – tj. parowanie zachodzi z oceanu, a opad nad kontynentem.

amiga
amiga
6 years ago

Ale świetny blog!

Adi
Adi
6 years ago

Myślę, że za opisane tu zjawiska w obu przypadkach w całości odpowiada ElNino. To prosta sekwencja zdarzeń: cieplejszy ocean – większe parowanie (najchętniej parują przecież cząsteczki wody najcieplejsze, a więc akumulujące najwięcej energii, którą oddają w atmosferze (stąd najcieplejsze lata 1998 i 2010) co dalej nakręca parowanie z wód oceanicznych i kontynentów, więc poziom wszechmorza opada i zmniejsza się masa oceanów i o tylezwiększa sie masa wody zgromadzonej w atmosferze. Nadchodzi LaNina bo kiedyś przecież przyjść musi i schładza lekko atmosferę wiec nagromadzona nadwyżka pary gdzieś się musi wykroplić i opaść. Pytanie czy zawsze nad Australią? Myślę, że będzie to powtarzająca się sekwencja zdarzeń. Czy się mylę?

Adi
Adi
6 years ago

I wszystko jasne…

Dla mnie jeszcze aspekt tej notki jest ciekawy, niestety chyba próżno szukać wiarygodnych danych na ten temat. Jeżeli mamy do czynienia z topnieniem lodowców, zmianami masy kontynentów na skutek parowania wód i powodzi, oraz przenoszeniem tych mas w inne rejony planety to zmienia się rozkład obciążeń na płyty tektoniczne, a także zmienia się moment bezwładności planety. Pozostawmy może na boku jaki jest wpływ na prędkość ruchu obrotowego Ziemi a zastanówmy się czy zmiana obciążeń jakie oddziaływują na płyty tektoniczne Ziemi mogą powodować większą aktywność sejsmiczną i wulkaniczną (mającą oczywiście wpływ na klimat). Każdy inżynier budownictwa i mechaniki wie przecież, że jeżeli w odpowiedni sposób przyłożyć lub zdjąć nawet niewielkie obciążenie w określonych miejscach, może to powodować w skrajnych przypadkach znaczące zmiany naprężeń w całym układzie. Czy są jakieś dane na ten temat?

piotr
piotr
6 years ago

Zatrudnic Polskich ekonomistow ,wszystko potrafią.

piotr
piotr
6 years ago

Mam do Pana pytanie .Jeżeli jest cieplej to i ciśnienie wzrasta ,czy to ciśnienie może powodować wzrost trzęsien ziemi .

piotr
piotr
6 years ago

Pytanie jak najbardziej było poważne było ,dzięki za odp.

Threeme
Threeme
6 years ago

W Faktach był pokazany tajfun szalejący na Filipinach. W reportarzu padło stwierdzenie, że: “był to najpotężniejszy tajfun w historii obserwacji i otarł się o hiperkan”. O hiperkanie dowiedziałem się po raz pierwszy na ZNR i że jest to teoretyczny twór gdy się ociepli. Czy faktycznie ten tajfun był tak potężny? czy faktycznie otarł się o hiperkan? Czy może media….pjechały?

Threeme
Threeme
6 years ago

To nawet logiczne co napisałeś, pewnie miałoby tu miejsce zjawisko rotującego łyżwiarze, który by szybciej wirować składa ramiona na tułowiu. Tak i tutaj mniejsza średnica=większa prędkość. Jest już późno, ale z tego co pamiętam z artykułu na ZNR do powstania hiperkanu wcale nie potrzeba aż tak skrajnie wysokiej temperatury powierzchni oceanu, tam chyba pisali o 35oC a to już jak najbardziej jest w zasięgu. Jednak tak jak podejrzewałem:) media pojechały. Dzięki!

Threeme
Threeme
6 years ago

Tak przeczytałem artykuł jeszcze raz, niestety faktycznie źle zapamiętałem. ZNR twierdzi, że hiperkany możliwe będą w przypadku destabilizacji pokładów metamu….a to, nie jest chyba takie nieprawdopodobne. Wkażdym razie jeszcze raz dzięki

Tumi
Tumi
6 years ago

piszesz:
‘Prosty rachunek pokazuje, że ubyła astronomiczna ilość 2.500.000.000.000 ton wody’

czyli… 2,5 tys km^3. Dużo.
Jeśli jednak porównać tę wartość z ilością wód głębinowych wydobywanych przez USA (dane z 2005r) rocznie, czyli 111,6 km^3,
to czy jest to tak dużo ? To tylko 22,4 raza więcej niż rocznie USA wprowadzają wód gruntowych do obiegu…

pozdrówka
Tomasz
ps.:
pochodzenie danych zamieściłem tu: http://meteomodel.pl/BLOG/?p=6757&cpage=1#comment-15768

Tumi
Tumi
6 years ago

Nie chcę wyolbrzymiać problemu wprowadzania wody, również tej składowanej przez milony lat w zasobach gruntowych, do obiegu. Również nie chcę pomniejszać zjawiska topnienia lodowców.
Irytuje mnie jednak zupełne pomijanie olbrzymich ilości wód gruntowych wprowadzanych do obiegu, i to nie tylko przez media, ale i ludzi nauki. Dookoła słychać o magii ocieplenia klimatu, oraz jego tragicznych skutkach. Oddajmy jednak sprawiedliwość szerszemu spojrzeniu na działalność człowieka na niekorzyść Ziemi.
Wydobycie wód gruntowych na świecie rośnie szybciej niż liniowo…
NIestety nie mogę znaleźć danych z ostatnich lat, a jestem bardzo ciekaw o ile wrosło zużycie wód gruntowych od 2005 roku.

Tumi
Tumi
6 years ago

Jednak w streszczeniu dla decydentów, w podpunkcie B.4 Sea Level:
“and land water storage (0.38 [0.26 to 0.49] mm yr–1). The sum of these contributions is 2.8 [2.3 to 3.4] mm yr–1”

to wszystko, co daje się wyczytać na temat.
Nie za bogato w treści, przyznasz? 🙂

Tumi
Tumi
6 years ago

🙂
…ale niestety to decydenci decydują, a inni, którzy z pewnością też nie sięgną po pełny raport, dziennikarze znaczy, kształtują opinię społeczną.
Jak dla mnie, prawie 15% udziału, to spory udział. Z pewnością zasługuje na zastanowienie się również nad tym problemem. Głośne zastanowienie.

Tumi
Tumi
6 years ago

Ten, kontrastowy image, jest całkiem spoko 🙂
aaa… PDjaków coś jak gdyby zapomniał o rachunkach… 😉

z przedświątecznymi
pozdrowieniami 🙂
Tomasz

Katalogi
6 years ago

Jak by chcieli to można by zrobić na saharze wielkie oazy. Wodę z oceanu odsalać i wysyłać rurociągami w głąb lądu, wylewać jeziora, osobno na pola uprawne by ratować tam głodujących, osobno na przyrodę, gdzie w tym trudnym środowisku każda nawet mała sadzawka jest na wagę złota. Do tego duży kawał sahary obsiać bateriami słonecznymi i wiatrakami i była by nowoczesna afryka

arctic_haze
arctic_haze
6 years ago

The Royal Society opublikowało dziś informacje o globalnym ociepleniu w 20 pytaniach i odpowiedziach:
http://royalsociety.org/policy/projects/climate-evidence-causes/

Gorąco polecam!