Pasaulio vandenynas – klimato reguliuotojas

Ar kada susimąstėte, kodėl vasarą prie jūros oras atrodo gaivesnis, o rudenį – švelnesnis nei toli nuo jos? Kodėl Londono žiemos, lyginant su Maskvos, yra stebėtinai šiltos, nors abu miestai yra panašioje platumoje? Kodėl vienoje pasaulio pusėje plyti sausiausia pasaulio dykuma, o kitoje, toje pačioje platumoje, veši drėgnieji atogrąžų miškai? Atsakymų į šiuos klausimus raktas slypi ne sausumoje, o didžiuliuose, giliuose ir nuolat judančiuose vandenų plotuose – Pasaulio vandenyne.

Dažnai vandenyną įsivaizduojame kaip pasyvų Žemės paviršiaus elementą, tačiau iš tiesų jis yra gyvybiškai svarbus, aktyvus klimato sistemos variklis. Tai gigantiškas planetos šilumos variklis ir termostatas, sugerianti, saugantis ir perskirstantis milžiniškus energijos kiekius. Vandenyno srovės, tarsi pasaulinė konvejerių sistema, nešioja šilumą nuo pusiaujo ašigalių link ir atvėsusį vandenį atgal, taip švelnindamos klimato kraštutinumus ir formuodamos orus visame pasaulyje.

Šioje pamokoje pasinersime į vandenyno gelmes, kad suprastume, kaip veikia šis sudėtingas mechanizmas. Išsiaiškinsime, kokia ypatinga vandens savybė leidžia jam kaupti tiek daug šilumos. Tyrinėsime paviršines ir gilumines vandenyno sroves, kurios veikia kaip globali šildymo ir vėsinimo sistema. Galiausiai, išnagrinėsime vieną garsiausių vandenyno ir atmosferos sąveikos pavyzdžių – El Ninjo reiškinį, kuris periodiškai sujaukia orus visame pasaulyje. Pasiruoškite kelionei po Pasaulio vandenyną – ne tik jo paviršiumi, bet ir per jo esminį vaidmenį formuojant mūsų planetos klimatą.

Norint suprasti vandenyno įtaką klimatui, pirmiausia reikia išsiaiškinti vieną fundamentaliausią vandens savybę – jo specifinę šiluminę talpą. Paprastai tariant, tai yra energijos kiekis, kurio reikia norint pakelti vieno kilogramo medžiagos temperatūrą vienu laipsniu Celsijaus. O vandens šiluminė talpa yra neįprastai didelė.

Kodėl tai svarbu?

Įsivaizduokite karštą vasaros dieną paplūdimyje. Smėlis taip įkaista, kad juo vaikščioti basomis tampa kančia. Tačiau vos įbridus į vandenį, jis atrodo vėsus ir gaivus. Vakare situacija apsiverčia: smėlis greitai atvėsta, o vanduo išlieka maloniai šiltas. Taip yra todėl, kad vandeniui reikia sugerti daug daugiau Saulės energijos, kad jis sušiltų, ir jis tą sukauptą šilumą atiduoda labai lėtai. Sausuma (smėlis, uolos, dirvožemis) įšyla greitai, bet lygiai taip pat greitai ir atvėsta.

Šis principas veikia globaliu mastu. Vandenynai, dengiantys daugiau nei 70 % Žemės paviršiaus, veikia kaip milžiniškas šilumos rezervuaras.

Ši lentelė aiškiai parodo, kad vanduo gali sugerti maždaug penkis kartus daugiau šilumos nei sausuma, kol jo temperatūra pakils tiek pat. Dėl šios priežasties vandenynas yra neįkainojamas klimato stabilizatorius.

Jūrinis ir žemyninis klimatas

Dėl didelės vandens šiluminės talpos atsiranda du pagrindiniai klimato tipai:

• Jūrinis (maritiminis) klimatas: Būdingas pakrančių regionams ir saloms. Dėl vandenyno įtakos čia mažesni metiniai ir paros temperatūrų svyravimai. Vasaros būna vėsesnės, o žiemos – švelnesnės, nei tikėtumėmės pagal platumą. Pavyzdžiui, Airijos sostinė Dublinas ir Kanados miestas Niuportas yra beveik toje pačioje platumoje. Tačiau Dubline vidutinė sausio temperatūra yra apie +5 °C, o Niuporte – apie -20 °C. Šį skirtumą lemia šiltosios Šiaurės Atlanto srovės nešama šiluma.

• Žemyninis (kontinentinis) klimatas: Būdingas žemynų gilumoje esančioms teritorijoms, toli nuo vandenynų įtakos. Čia temperatūrų svyravimai yra didžiuliai: vasaros būna labai karštos, o žiemos – labai šaltos. Pavyzdžiui, Sibiro gilumoje esančiame Jakutske temperatūrų skirtumas tarp vasaros ir žiemos gali viršyti 100 °C (nuo -60 °C žiemą iki +40 °C vasarą).

Jei vandenynas būtų tik stovinčio vandens masė, jo poveikis klimatui būtų tik vietinis. Tačiau vandenynų vanduo nuolat juda, nešiodamas šilumą (arba šaltį) tūkstančius kilometrų. Šis judėjimas, vadinamas vandenyno srovėmis, yra tarsi planetos kraujotakos sistema, aprūpinanti visą Žemę energija. Sroves galima skirstyti į dvi pagrindines grupes: paviršines ir gilumines.

Paviršinės srovės: vėjo vaikai

Paviršinės srovės, apimančios maždaug viršutinius 400 metrų vandenyno, yra daugiausia varomos nuolatinių vėjų (pasatų, vakarų vėjų), kurie pučia virš vandenyno paviršiaus. Vėjas, trindamasis į vandens paviršių, tempia jį kartu su savimi. Tačiau srovių kryptis ne visiškai sutampa su vėjo kryptimi. Dėl Žemės sukimosi jas veikia Koriolio efektas.

Šiaurės pusrutulyje Koriolio efektas paviršines sroves nukreipia į dešinę nuo vėjo krypties, o Pietų pusrutulyje – į kairę. Dėl šios jėgos ir žemynų kontūrų poveikio vandenynuose susidaro milžiniškos, uždaros, laikrodžio rodyklės (Šiaurės pusrutulyje) arba prieš laikrodžio rodyklę (Pietų pusrutulyje) judančios srovių sistemos, vadinamos vandenynų sūkuriais (angl. gyres).

Srovės skirstomos į šiltąsias ir šaltąsias:

• Šiltosios srovės neša vandenį iš pusiaujo sričių link ašigalių. Jos sušildo pakrančių, pro kurias teka, klimatą, atneša daugiau drėgmės ir kritulių.
• Šaltosios srovės neša vandenį iš ašigalių sričių link pusiaujo. Jos atvėsina pakrančių klimatą, jį sausina, nes šaltas oras talpina mažiau drėgmės, todėl ties pakrantėmis dažnai formuojasi rūkas, o ne lietus.

Giluminės srovės: didysis vandenyno konvejeris

Po paviršinėmis srovėmis slypi dar didesnė, lėtesnė, bet ne mažiau svarbi cirkuliacijos sistema – giluminės srovės. Jų varomoji jėga yra ne vėjas, o vandens tankio skirtumai, kuriuos lemia temperatūra (termo-) ir druskingumas (-halinė). Būtent todėl ši sistema vadinama termohalinine cirkuliacija arba Didžiuoju vandenyno konvejeriu.

Procesas veikia taip:

1. Nuskendimas: Regionuose ties ašigaliais, ypač Šiaurės Atlante (tarp Grenlandijos ir Norvegijos), paviršinis vanduo labai atšąla. Be to, kai formuojasi jūrinis ledas, druskos pasišalina iš ledo kristalų ir lieka aplinkiniame vandenyje, todėl jo druskingumas padidėja. Šaltas ir sūrus vanduo yra labai tankus, todėl jis grimzta į vandenyno dugną.
2. Kelionė gelmėmis: Nuskendęs vanduo pradeda lėtą kelionę vandenynų dugnu link pusiaujo, aplink Antarktidą, į Indijos ir Ramųjį vandenynus.
3. Iškilimas (Upvelingas): Po kelių šimtų ar net tūkstančio metų šis giluminis vanduo, pamažu maišydamasis ir šildamasis, galiausiai iškyla į paviršių, dažniausiai Ramiajame ir Indijos vandenynuose. Iškilęs jis vėl įsijungia į paviršinių srovių sistemą ir keliauja link ašigalių, kur ciklas kartojasi.

Didysis vandenyno konvejeris yra nepaprastai svarbus, nes jis perneša milžiniškus šilumos kiekius ir reguliuoja visos planetos klimatą. Taip pat jis perneša ištirpusį deguonį į gelmes, palaikydamas ten gyvybę, o iškildamas į paviršių atneša maistinių medžiagų, kurios yra vandenyno mitybos grandinės pagrindas. Mokslininkai nerimauja, kad dėl klimato kaitos tirpstant Grenlandijos ledynams ir į Šiaurės Atlantą patenkant dideliems gėlo vandens kiekiams, gali sutrikti šis „nuskendimo“ procesas ir sulėtėti ar net sustoti visa termohalininė cirkuliacija, o tai turėtų katastrofiškų pasekmių Europos ir visos planetos klimatui.

Vandenynas ir atmosfera nėra atskiros sistemos – jos nuolat sąveikauja, keičiasi energija ir drėgme. Pati ryškiausia šios sąveikos išraiška yra El Ninjo-Pietų Osciliacijos (ENSO) ciklas, vykstantis tropinėje Ramiojo vandenyno dalyje. Tai natūralus klimato svyravimas, tačiau jo poveikis juntamas visame pasaulyje.

Normalios sąlygos: Volkerio cirkuliacija

Įprastai virš Ramiojo vandenyno, ties pusiauju, pučia stiprūs rytų vėjai – pasatai. Jie stumia šiltą paviršinį vandenį nuo Pietų Amerikos krantų link Indonezijos ir Australijos. Dėl to vakarinėje Ramiojo vandenyno dalyje susikaupia šilto vandens „baseinas“, vandens lygis ten būna maždaug pusmetriu aukštesnis, o temperatūra keliais laipsniais aukštesnė. Šiltas vanduo intensyviai garuoja, formuojasi debesys ir gausiai lyja (todėl Indonezijoje ir Amazonijoje veši drėgnieji miškai).

Tuo metu rytinėje Ramiojo vandenyno dalyje, prie Peru ir Ekvadoro krantų, pasatų nustumtą šiltą vandenį pakeičia iš gelmių kylantis šaltas, maistinėmis medžiagomis turtingas vanduo (vyksta upvelingas). Tai sukuria sausą ir vėsų klimatą bei itin palankias sąlygas žvejybai.

El Ninjo: „berniuko“ atėjimas

Kas kelerius metus (paprastai kas 2–7) ši sistema sutrinka. Dėl kol kas nevisiškai aiškių priežasčių pasatai susilpnėja arba net pradeda pūsti į priešingą pusę. Kas nutinka tada?

1. Šilto vandens grįžimas: Vakaruose sukauptas šilto vandens baseinas „plūsteli“ atgal į rytus, link Pietų Amerikos krantų.
2. Upvelingo sustojimas: Šiltas vanduo užblokuoja šalto giluminio vandens kilimą prie Pietų Amerikos. Vandenynas smarkiai sušyla.
3. Orų modelių pasikeitimas: Liūčių zona nuslenka kartu su šiltu vandeniu į centrinę ir rytinę Ramiojo vandenyno dalį.

Pasekmės:

• Pietų Amerikoje (Peru, Ekvadoras): Vietoj įprastos sausros kyla katastrofiškos liūtys ir potvyniai. Žlunga žvejybos pramonė, nes išnykus maistinėms medžiagoms, dingsta ir žuvys.
• Australijoje ir Indonezijoje: Vietoj liūčių stoja didžiulės sausros, kyla miškų gaisrai.
• Pasaulyje: El Ninjo sukelia orų anomalijų grandinę visame pasaulyje – šiltesnes žiemas Kanadoje ir JAV šiaurėje, drėgnesnes sąlygas JAV pietuose, sausras pietų Afrikoje, susilpnėjusius musonus Indijoje.

La Ninja: „mergaitės“ atsakas

La Ninja yra tarsi sustiprinta normalių sąlygų versija. Pasatai tampa dar stipresni nei įprastai. Jie nustumia dar daugiau šilto vandens į vakarus ir sukelia dar intensyvesnį šalto vandens kilimą rytuose. Pasekmės yra priešingos El Ninjo:

• Pietų Amerikoje: Dar didesnės sausros.
• Australijoje ir Indonezijoje: Dar stipresnės liūtys ir potvyniai.
• Pasaulyje: Šaltesnės žiemos JAV šiaurėje, aktyvesnis uraganų sezonas Atlante.

Išnagrinėję vandenyno vaidmenį klimato sistemoje, galime grįžti prie pradžioje keltų klausimų ir į juos atsakyti. Supratome, kad Pasaulio vandenynas nėra tik vandens telkinys – tai dinamiška, sudėtinga sistema, kuri lemia mūsų planetos orus ir klimatą.

Pagrindinės išvados

1. Vandenynas kaip šilumos kaupiklis. Dėl unikalios vandens savybės – didelės šiluminės talpos – vandenynai sugeria ir lėtai atiduoda milžiniškus Saulės energijos kiekius. Tai švelnina temperatūrų svyravimus pakrančių regionuose, sukurdami jūrinį klimatą, kuris smarkiai skiriasi nuo žemyninio klimato su jo ekstremaliais karščiais ir šalčiais.

2. Srovės kaip šilumos nešėjos. Paviršinės srovės, varomos vėjų, ir giluminė termohalininė cirkuliacija, varoma tankio skirtumų, veikia kaip globali šilumos perskirstymo sistema. Šiltosios srovės, tokios kaip Golfo ir Šiaurės Atlanto, šildo aukštesnes platumas ir leidžia Vakarų Europai mėgautis nepalyginamai švelnesniu klimatu nei žemynų gilumoje. Šaltosios srovės, kaip Peru srovė, vėsina ir sausina pakrantes, prisidėdamos prie didžiausių pasaulio dykumų formavimosi.

3. Vandenyno ir atmosferos sąveika. Vandenynas ir atmosfera yra neatsiejamai susiję. ENSO ciklas (El Ninjo ir La Ninja) yra geriausias pavyzdys, kaip pokyčiai vandenyno temperatūroje ir srovėse tropiniame Ramiajame vandenyne gali sukelti orų anomalijų grandinę visame pasaulyje, nuo potvynių iki sausrų.

4. Vandenynas ir ateitis. Vandenynas atlieka ir kritiškai svarbų vaidmenį sugeriant atmosferos anglies dioksidą ir taip lėtinant klimato kaitą. Tačiau ši jo funkcija turi savo kainą – vandenynų rūgštėjimą, kuris kelia grėsmę jūrų ekosistemoms. Suprasdami vandenyno svarbą, turime suvokti ir atsakomybę jį saugoti. Jo sveikata yra tiesiogiai susijusi su stabiliu klimatu ir visos žmonijos gerove.