Jak dlouho ještě může nepřátelský oceán Antarktidy oddalovat globální oteplování?

Foto: 12019/Pixabay

Vody jižního oceánu pohltily velkou část přebytečného tepla a uhlíku generovaného lidstvem

Joellen Russellová nebyla připravena na desetimetrové vlny, které bušily do její výzkumné lodi během expedice na jih od Nového Zélandu. „Připadalo mi to, jako by loď byla rozdrcena pokaždé, když jsme narazili do hory vody,“ vzpomíná Russellivá, oceánská modelářka z Arizonské Univerzity v Tucsonu. V jednu chvíli ji málem přenesla přes palubu zlotřilá vlna, napsal server Nature.

Co ji ale opravdu vyděsilo, byl proud dat ze senzorů analyzujících mořskou vodu. Jak se loď nakláněla a sténala, uvědomila si, že povrch oceánu má nízký obsah kyslíku, vysoký obsah uhlíku a extrémně je kyselý – překvapivé známky toho, že je voda bohatá na živiny, která se obvykle nachází v hlubinách moře, nyní dosáhla povrchu. Jak se ukázalo, Russellová plula na vlnách prastaré vody, která nebyla po staletí vystavena atmosféře.

Ačkoli to bylo kontroverzní, když se s tím v roce 1994 setkala, je nyní tento mohutný vzestup uznáván jako charakteristický znak Jižního oceánu. Tajemné zvíře, které víří kolem Antarktidy a je poháněno nejsilnějšími trvalými větry na světě. Jižní oceán absorbuje velké množství oxidu uhličitého a tepla z atmosféry, což zpomalilo rychlost globálního oteplování. A jeho silné proudy pohánějí velkou část globálního oceánského oběhu.

Nepřátelské podmínky držely oceánografy na uzdě po celá desetiletí, ale nyní probíhá nová éra vědy. Výzkumníci z celého světa se sjíždějí do regionu s plováky, kotvišti, loděmi, kluzáky, satelity, počítačovými modely a dokonce i těsněními vybavenými senzory. Cílem je zaplnit obrovské mezery v datech a posílit porozumění tomu, jak funguje jižní oceán a globální klima. To by mohlo být klíčem ke zlepšení předpovědí, jak rychle se svět oteplí, jak dlouho přežije antarktický ledový příkrov a jak rychle poroste hladina moří.

„Bylo úžasné vidět tuto explozi informací,“ říká Arnold Gordon, oceánograf z Lamont-Doherty, Zemské Observatoře v Palisades v New Yorku, který vedl některé z prvních průzkumů Jižního oceánu v 60. letech. „Nové technologie nám umožňují přístup do těchto odlehlých oblastí a jsme mnohem méně závislí na řízení lodi přes mořský led.“

Již počáteční údaje z řady oceánských plováků naznačují, že stoupající vody by mohly omezovat množství CO₂, které jižní oceán ročně absorbuje. To vyvolává nové otázky o tom, jak účinné budou tyto vody jako brzda globálního oteplování v příštích desetiletích.

„Jižní oceán nám v současné době dělá velkou klimatickou laskavost, ale není to nutně tak, že v tom bude pokračovat i v budoucnu,“ říká Michael Meredith, oceánograf z British Antarctic Survey v Cambridge ve Spojeném království. Meredith vede řadu expedic během příštích pěti let, které mají pomoci zdokumentovat příjem tepla a uhlíku. „Je to opravdu klíčové místo pro studium těchto věcí.“

Sledování uhlíku

Záhady jižního oceánu lákaly průzkumníky po staletí, ale díky jedinečné geografii regionu je to nebezpečné místo pro lodě. Neexistují žádné pevniny, které by zkrotily větry a vlny, které se ohánějí kolem planety na 60° j. š. A led obklopující Antarktidu je proslulý tím, že pohlcuje svéhlavá plavidla, včetně Endurance Ernesta Shackletona z roku 1915.

Vědci si teprve v 80. letech 20. století začali uvědomovat, jak důležitý je region pro kontrolu globálního klimatu, když se několik skupin snažilo vysvětlit, co způsobilo, že koncentrace CO ₂ v atmosféře během poslední doby ledové klesly asi o jednu třetinu a později vzrostly. Oceánograf Jorge Sarmiento z Princetonské univerzity v New Jersey si uvědomil, že změny v cirkulaci a biologii v jižním oceánu mohou pomoci ochladit a zahřát planetu.

O tři desetiletí později vede Sarmiento úsilí o shromáždění prvních dat v reálném čase o chemických a biologických procesech, které řídí uhlík v jižním oceánu. Projekt SOCCOM (South Ocean Carbon and Climate Observations and Modeling Project) v hodnotě 21 milionů USD již nasadil 51 z plánovaných 200 robotických plováků, které se pohupují nahoru a dolů v horních 2000 metrech jižního oceánu. Na základě globálního pole Argo, které se skládá z více než 3 700 plováků sbírajících údaje o teplotě a slanosti, plováky SOCCOM také měří kyslík, uhlík a živiny.

S novými daty může Sarmiento a jeho tým otestovat své modely a zpřesnit odhady toho, jak se CO₂ pohybuje mezi moři a oblohou. Nepřímé důkazy naznačují, že jižní oceán je čistým úložištěm uhlíku a pohltil až 15 % uhlíkových emisí vypouštěných lidstvem od průmyslové revoluce. V některých obdobích roku a na určitých místech v této oblasti však povrchové vody bohaté na uhlík uvolňují CO₂ do atmosféry.

Nyní vědci získávají některé ze svých prvních záblesků v téměř reálném čase toho, co se děje v jižním oceánu, zejména v zimě. „Hned na začátku vidíme toky CO₂ do atmosféry, které jsou mnohem větší, než jsme předtím odhadovali,“ říká Sarmiento. „Je to prostě revoluční.“

Nepublikovaná analýza je založena na pouhých 13 plovácích, které byly ve vodě alespoň rok, takže nyní je otázkou, zda vyšší emise CO₂ během zimy představují větší trendy v celém jižním oceánu.

„Je to docela vzrušující,“ říká Alison Grayová, postdoktorandka z Princetonu, která studii vede. „Znamenalo by to, že potenciálně je v jižním oceánu mnohem slabší uhlíková jímka, než se odhadovalo.“

Náznaky něčeho podobného už byly vidět. V roce 2007 tým vedený Corinne Le Quéré, nyní ředitelkou Tyndall Center for Climate Change Research v Norwichi ve Velké Británii, publikoval v Science ² studii , která naznačuje, že míra absorpce uhlíku v jižním oceánu se mezi lety 1981 a 2004 snížila. autoři obviňovali změny z větrů, které obklopují antarktický kontinent. Rychlost těchto větrů se během té doby zvýšila, pravděpodobně v důsledku díry ve stratosférické ozónové vrstvě nad Antarktidou a možná v důsledku globálního oteplování. Silnější vítr dokáže lépe vytáhnout hlubokou prastarou vodu, která uvolňuje CO₂, když se dostane na povrch. To by způsobilo čisté oslabení uhlíkové jímky.

Pokud by tento trend pokračoval, úroveň atmosférického CO₂ by v budoucnu stoupala ještě rychleji. Studie v Science z loňského roku však zjistila, že propad uhlíku začal sílit na počátku 21. století .

Le Quéré říká, že není jasné, zda je tento nárůst absorpce CO₂ návratem k normálu nebo odchylkou od dlouhodobého oslabení propadu. Bez ohledu na to, jak říká, je nyní jasné, že jižní oceán může být mnohem nestálejší, než si vědci mysleli.

SOCCOM plováky pravděpodobně pomohou výzkumníkům odpovědět na tyto otázky, ale může trvat roky, než budou moci říci něco konkrétního o trendech. Ani Le Quéré není přesvědčen, že nová síť plováků poskytne dostatek detailů. V článku zveřejněném 4.července zjistila, že modely absorpce uhlíku v jižním oceánu silně závisí na předpokladech o struktuře tamní potravní sítě. Říká, že klimatologové musí zlepšit své chápání typu a načasování květů fytoplanktonu a zooplanktonu, pokud chtějí mít své klimatické projekce správné. „Podle mého názoru je to další hranice,“ říká.

Oteplování vod

Uhlík je pouze částí příběhu v jižním oceánu. Vědci také začínají zjišťovat, co se stane s veškerým teplem, které se tam absorbuje.

Jižní oceán je výchozím bodem pro síť proudů, které přenášejí vodu, teplo a živiny skrz oceánské pánve. Poblíž Antarktidy povrchové vody normálně vychladnou a zhustnou natolik, že klesnou na dno oceánu a vytvářejí propastné proudy, které obepínají mořské dno, když proudí na sever do Pacifiku, Atlantiku a Indického oceánu.

Mnoho z toho, co vědci o těchto proudech vědí, pochází z průzkumů lodí prováděných zhruba každých deset let od počátku 90. let. V roce 2010, když vědci analyzovali data z průzkumů, zjistili výrazný trend oteplování v propastných vodách, které nějakým způsobem absorbovaly asi 10 % přebytečného tepla pocházejícího z globálního oteplování.

Úroveň oteplování v hlubokém oceánu byla překvapením a výzkumníci navrhli několik vysvětlení, která se soustředí na jižní oceán. Jedním z faktorů by mohlo být, že povrchové vody kolem Antarktidy se staly méně slanými, částečně kvůli nárůstu letních srážek nad oceánem. Čerstvější povrchová voda je méně hustá, takže změna by udusila zásobu studené vody klesající na mořské dno, aby napájela spodní proudy. „Hluboká voda se ohřívá, protože se nedostává tolik studené vody,“ říká Gregory Johnson, oceánograf z National Oceanic and Atmospheric Administration (NOAA) v Seattlu, Washington, který je spoluautorem analýzy z roku 2010.

Jižní oceán nám v tuto chvíli dělá velkou laskavost, ale není to nutně tak, že bude pokračovat.

Dosud nepublikovaná analýza založená na počátečních datech ze třetího kola průzkumů lodí nachází podobné trendy, ale výzkumníci toužili po častějších měřeních, aby poskytli úplnější obrázek. To by se mohlo stát, pokud by se navrhovaný mezinárodní projekt posunul vpřed. Nazývá se Deep Argo a bude se jednat o řadu plováků, které se pravidelně potápí až na dno oceánu. Johnson je zapojen do amerického konsorcia, které testuje 13 plováků v pánvi u pobřeží Nového Zélandu a dalších devět jižně od Austrálie.

Jiní používají kotviště ke sledování hlubokých vodních toků. Od roku 1999 Gordon udržuje řadu kotvišť ve Weddellově moři, jedné z hlavních oblastí, kde se studené povrchové vody potápějí a vytvářejí mořské spodní proudy. Viděl, že hluboká voda je v některých oblastech méně slaná, ale dlouhodobé trendy nejsou jasné.

„Skutečně jen škrábeme na povrch toho, jak se mění spodní vody a jak to ovlivňuje rozsáhlou globální cirkulaci oceánů,“ říká.

Po okraji

V lednu 2015 křižovali oceánografové na palubě australského ledoborce Aurora Australis u pobřeží Antarktidy, když se jim naskytla jedinečná příležitost. Po trhlině v mořském ledu se jim podařilo dosáhnout okraje ledovce Totten, jednoho z největších odvodňovacích bodů ledového příkrovu východní Antarktidy. Žádná jiná expedice se nedostala do vzdálenosti 50 kilometrů od ledovce.

Tým nasadil plováky a kluzáky do vod kolem a pod ledovcem, který je na předním okraji silný 200 metrů. To, co našli, je šokovalo. Voda na přední straně ledovce byla o 3 °C teplejší než bod mrazu na úpatí ledovce.

„Vždy jsme si mysleli, že Totten je příliš daleko od teplé vody, než aby byl citlivý, ale našli jsme teplou vodu po celém šelfu,“ říká Steve Rintoul, oceánograf z Antarctic Climate and Ecosystems Cooperative Research Center v Hobartu v Austrálii.

Vědci již prokázali, že proudy teplé vody podrývají západní antarktický ledový štít v mnoha oblastech podél poloostrova, kde ledovce zasahují do oceánu. Ale Rintoul říká, že tato expedice poskytla některé z prvních pádných důkazů, že stejné procesy ovlivňují východní Antarktidu, což vyvolává nové otázky ohledně životnosti mamutích ledových příkrovů, které pokrývají kontinent.

Zatím neexistuje jasná odpověď na to, co pohání oteplování těchto blízkopovrchových proudů. Některá vysvětlení se odvolávají na změny ve větrech nad jižním oceánem a vzestup teplých vod. Jiné se zaměřují na čerstvější povrchové vody a expanzi mořského ledu v některých oblastech. Kombinace extra mořského ledu a čerstvějších povrchových vod by mohla vytvořit jakousi čepici na oceánu, která odvádí část teplejší vody směrem k pobřeží.

„Každý vědec, včetně mě, má své oblíbené vysvětlení,“ říká Gordon. „Ale tak věda funguje: čím více pozorujete, tím je to složitější.“

Hledání odpovědí může vyžadovat nábor některých stálých obyvatel Antarktidy. Meredithův tým z British Antarctic Survey plánuje vybavit tuleně Weddellovy senzory, aby zvířata mohla shromažďovat měření vody při hledání potravy pod mořským ledem podél kontinentálního šelfu. Tato zóna má zvláštní význam, protože je to přesně místo, kde studená voda začíná sestupovat do propasti.

„Procesy, které se dějí v této oblasti šelfu, jsou velmi důležité v globálním měřítku, ale jejich měření je velmi obtížné,“ říká Meredith. „Těleni tak nějak překračují tu bariéru.“

Pečeti Weddell jsou jen jednou složkou arzenálu expedice. Tým také pošle autonomní kluzáky pod mořský led na předem naprogramovaných trasách, aby sbíraly údaje o teplotě a slanosti až do hloubek 1000 metrů. Měření provedená z lodí pomohou vyplnit obraz toho, co se děje v této klíčové oblasti kolem Antarktidy – a jak to souvisí se zbytkem globální cirkulace oceánů.

Získání dat je jen poloviční výzvou. Nakonec vědci potřebují zlepšit své modely toho, jak proudy přenášejí teplo, CO ₂ a živiny po celém světě. I když jsou vyzbrojeni lepšími měřeními, výsledky naznačují, že modeláři mají co dělat.

Analýza dat z průzkumů lodí naznačuje, že stoupající oceánská voda nestoupá v blízkosti Antarktidy jednoduchým způsobem. Spíše otočí kontinent jeden a půlkrát, než dosáhne povrchu. A Sarmientův tým v Princetonu zjistil, že pouze modely s nejvyšším rozlišením mohou přesně zachytit toto chování. Sarmiento říká, že může chvíli trvat, než modely budou moci simulovat, co se v této oblasti skutečně děje, ale je přesvědčen, že ten den nakonec nastane.

Pro Russella je to, jako by vědci konečně zvedali závoj na jižním oceánu. Poté, co se v roce 1994 vrátila ze své první plavby, začala se věnovat modelování, protože v té době nebylo dostatek údajů ke kvantifikaci účinků vzestupu, se kterým se setkala. Dnes to má na obě strany. Russell vede modelovací složku projektu SOCCOM a získává více dat, než o kterých kdy snila.

„Je to prostě skvělý čas být oceánografkou,“ říká, „i když na naší planetě provádíme tento opravdu děsivý geofyzikální experiment.“

Zdroj: Nature