Kiedy większość z nas myśli o epokach Lodowcowych, wyobrażamy sobie powolne przejście w chłodniejszy klimat na dłuższą skalę. Rzeczywiście, badania ostatnich milionów lat wskazują na powtarzalny cykl ziemskiego klimatu przechodzącego od ciepłych okresów („interglacjalnych”, jak obecnie doświadczamy) do warunków Lodowcowych.,
okres tych przesunięć jest związany ze zmianami nachylenia osi obrotu Ziemi (41 000 lat), zmianami orientacji eliptycznej orbity Ziemi wokół Słońca, nazywanymi „precesją równonocy” (23 000 lat) oraz zmianami kształtu (bardziej okrągłego lub mniej okrągłego) eliptycznej orbity (100 000 lat). Teoria, że przesunięcia orbitalne spowodowały woskowanie i zanik epok lodowcowych, została po raz pierwszy wskazana przez Jamesa Crolla w XIX wieku, a rozwinięta pełniej przez Milutina Milankovitcha w 1938 roku.,
niedefiniowane Warunki epoki lodowcowej na ogół występują, gdy wszystkie powyższe warunki stwarzają minimum letniego światła słonecznego na arktycznych obszarach ziemi, chociaż cykl Epoki Lodowcowej ma charakter globalny i występuje w fazie na obu półkulach. Głęboko wpływa na rozkład lodu na lądzie i Oceanie, temperatury atmosferyczne i cyrkulację oraz temperatury i cyrkulację oceanów na powierzchni i na dużej głębokości.
skoro koniec obecnego interglacjału i powolne przejście do następnej epoki lodowcowej może być kilka tysiącleci dalej, Dlaczego mamy się tym przejmować?, Czy nagromadzenie dwutlenku węgla (CO2) i innych gazów cieplarnianych nie poprawi przyszłych zmian?
rzeczywiście, niektóre grupy opowiadają się za korzyściami płynącymi z globalnego ocieplenia, w tym za ekologicznym społeczeństwem ziemi i podzwrotnikowym ruchem Rosji. Niektórzy z tych ostatnich opowiadają się nawet za aktywną interwencją w celu przyspieszenia tego procesu, widząc w tym okazję do przekształcenia dużej części zimnej, surowej Północnej Rosji w subtropikalny raj.
udowodniono, że globalne ocieplenie rozpoczęło się w ubiegłym wieku i że ludzie mogą być częściowo odpowiedzialni., Zgadzają się zarówno Międzyrządowy Zespół ds. zmian klimatu (IPCC), jak i Amerykańska Narodowa Akademia Nauk. Modele komputerowe są wykorzystywane do przewidywania zmian klimatu w różnych scenariuszach wymuszania cieplarnianego, a protokół z Kioto zaleca aktywne środki w celu zmniejszenia emisji CO2, które przyczyniają się do ocieplenia.
myślenie koncentruje się wokół powolnych zmian w naszym klimacie i tego, w jaki sposób wpłyną one na ludzi i na przyzwyczajenie naszej planety., Jednak to myślenie jest błędne: ignoruje dobrze ugruntowany fakt, że klimat na Ziemi szybko się zmienił w przeszłości i może się szybko zmienić w przyszłości. Problem koncentruje się wokół paradoksu, że globalne ocieplenie może zapoczątkować nową małą epokę lodowcową na półkuli północnej.
dowody na nagłe zmiany klimatu są łatwo widoczne w rdzeniach lodowych pobranych z Grenlandii i Antarktydy. Widać wyraźne oznaki długofalowych zmian omówionych powyżej, z CO2 i proxy zmiany temperatury związane z ostatniej epoki lodowcowej i jego przejście do naszego obecnego interglacjalnego okresu ciepła., Ale ponadto istnieje silna chaotyczna zmienność właściwości z quasi-okresem około 1500 lat. Mówimy chaotyczne, ponieważ te milenijne przesunięcia wyglądają jak cokolwiek innego niż regularne oscylacje. Raczej wyglądają jak szybkie, dziesięcioletnie przejścia między zimnym i ciepłym klimatem, a następnie długie interludia w jednym z dwóch stanów.
najbardziej znanym przykładem tych zjawisk jest młodszy Dryas ochłodzenia około 12 000 lat temu, nazwany od arktycznych szczątków dzikiego kwiatu zidentyfikowanych w osadach północnoeuropejskich., Wydarzenie to rozpoczęło się i zakończyło w ciągu dekady, a przez okres swojego 1000 lat region Północnoatlantycki był o około 5°C zimniejszy.
brak periodyczności i obecny brak izolowania stabilnego mechanizmu wymuszającego wywołał wiele naukowych dyskusji na temat przyczyn młodszego Dryasa i innych wydarzeń w skali tysiąclecia. Rzeczywiście, młodsze Dryasy wystąpiły w czasie, gdy wymuszanie orbitalne powinno być kontynuowane w celu doprowadzenia klimatu do obecnego stanu ciepłego.,
cały tom, który przegląda dowody na nagłe zmiany klimatu i spekuluje na temat ich mechanizmów, został niedawno opublikowany przez grupę ekspertów na zlecenie National Academy of Sciences w USA. Ta bardzo czytelna kompilacja zawiera obszerną i głęboką dyskusję, której nie możemy się tu równać. .
obecnie w sprawozdaniu zidentyfikowano tylko jeden realny mechanizm, który może odegrać ważną rolę w określaniu stabilnych Stanów naszego klimatu i tego, co powoduje przejścia między nimi: dotyczy on dynamiki oceanów.,
w celu zrównoważenia nadmiaru ogrzewania w pobliżu równika i chłodzenia na biegunach ziemi, zarówno atmosfera, jak i ocean transportują ciepło z niskich do wysokich szerokości geograficznych. Cieplejsza woda powierzchniowa jest chłodzona na dużych szerokościach geograficznych, uwalniając ciepło do atmosfery, które następnie jest wypromieniowywane w Przestrzeń Kosmiczną. Ten silnik cieplny działa w celu zmniejszenia różnic temperatury równika do bieguna i jest głównym mechanizmem moderującym klimat na Ziemi.,
cieplejsze temperatury powierzchni oceanu na niskich szerokościach geograficznych również uwalniają parę wodną poprzez nadmiar parowania nad opadami do atmosfery, a Ta para wodna jest transportowana w atmosferze wraz z częścią nadmiaru ciepła. Na wysokich szerokościach geograficznych, gdzie atmosfera ochładza się, Ta para wodna wypada jako nadmiar opadów podczas parowania. Jest to część drugiego ważnego elementu naszego systemu klimatycznego: cyklu hydrologicznego. W miarę ochładzania się wód oceanicznych podczas wędrówki polewą stają się gęstsze., Jeśli są wystarczająco schłodzone, mogą tonąć, tworząc zimne gęste przepływy, które rozprzestrzeniają się równik na dużych głębokościach, utrwalając w ten sposób system cyrkulacji, który transportuje ciepłe przepływy powierzchniowe w kierunku oceanów o dużej szerokości geograficznej.
cykl kończy się mieszaniem oceanicznym, które powoli zamienia zimne głębokie wody w ciepłe wody powierzchniowe. Tak więc wymuszanie powierzchniowe i mieszanie wewnętrzne są dwoma głównymi graczami w tej przewracającej się cyrkulacji, zwanej wielkim przenośnikiem oceanicznym.
wody poruszające się po polewie są stosunkowo słone ze względu na większe parowanie na niskich szerokościach geograficznych, co zwiększa zasolenie powierzchni., Na wyższych szerokościach geograficznych wody powierzchniowe stają się świeższe w wyniku dominacji opadów nad parowaniem na wysokich szerokościach geograficznych.
tendencja do odświeżania sprawia, że woda powierzchniowa jest bardziej wyporna, przeciwstawiając się w ten sposób tendencji do chłodzenia. Jeśli odświeżanie jest wystarczająco duże, wody powierzchniowe mogą nie być wystarczająco gęste, aby zanurzyć się na duże głębokości w oceanie, hamując w ten sposób działanie przenośnika oceanicznego i zakłócając jedną ważną część ziemskiego systemu grzewczego.
Ten system regulacji nie działa tak samo we wszystkich oceanach., Kontynent azjatycki ogranicza północny zasięg Oceanu Indyjskiego do tropików, a głębokie wody nie tworzą się obecnie na północnym Pacyfiku, ponieważ wody powierzchniowe są po prostu zbyt świeże. Obecny klimat sprzyja powstawaniu zimnych głębokich wód wokół Antarktydy i na północnym Oceanie Atlantyckim. Obieg przenośników zwiększa transport cieplejszych wód w Zatoce Perskiej na średnich szerokościach geograficznych w kierunku północnym o około 50% w stosunku do tego, co mógłby zrobić sam transport napędzany wiatrem.,
nasza ograniczona wiedza na temat klimatu oceanicznego w długich skalach czasowych, wydobyta z analizy rdzeni osadowych pobranych na całym Oceanie Światowym, ogólnie wskazuje na północny Atlantyk jako najbardziej niestabilnego członka przenośnika: w tysiącletnich okresach zimnego klimatu formacja Północnoatlantycka (NADW) albo ustała, albo została poważnie zredukowana. I to na ogół po okresach dużych wypływów Słodkowodnych do północnego N. Atlantyku spowodowanych gwałtownym topnieniem lodu lodowcowego lub wieloletniego w basenie Arktyki., Uważa się, że te świeże wody, które zostały przetransportowane do regionów głębokiego powstawania wody, przerwały przenośnik, przezwyciężając efekt chłodzenia o dużej szerokości geograficznej z nadmiernym odświeżaniem.
przenośnik oceaniczny nie musi się całkowicie zatrzymywać, gdy formacja NADW jest ograniczona. Może trwać na płytszych głębokościach w N. Atlantyku i utrzymywać się w Oceanie Południowym, gdzie formowanie się wód na dnie Antarktydy trwa lub jest nawet przyspieszone., Jednak zakłócenie północnej części obiegu wywróconego wpłynie na bilans cieplny półkuli północnej i może wpłynąć zarówno na klimat oceaniczny, jak i atmosferyczny. Obliczenia modelowe wskazują na możliwość ochłodzenia 3 do 5 stopni Celsjusza w oceanie i atmosferze w przypadku wystąpienia całkowitego zakłócenia. Jest to jedna trzecia do połowy zmiany temperatury, jakiej doświadczano podczas Wielkich epok lodowcowych.,
zmiany te są dwa razy większe niż te, które miały miejsce podczas najgorszych zim minionego stulecia we wschodnich Stanach Zjednoczonych i prawdopodobnie będą się utrzymywać przez dziesięciolecia lub wieki po przejściu klimatu. Są one wielkości porównywalnej do małej epoki lodowcowej, która miała głęboki wpływ na osady ludzkie w Europie i Ameryce Północnej w XVI-XVIII wieku. Ich zasięg geograficzny jest wątpliwy; może być ograniczony do regionów graniczących z N. Oceanem Atlantyckim., Zmiany temperatury w oceanie o dużej szerokości geograficznej są znacznie mniej zdolne do wpływu na globalną atmosferę niż zmiany o małej szerokości geograficznej, takie jak te wytwarzane przez El Niño.
czy ścieżka propagacji zmian klimatu jest atmosferyczna lub oceaniczna, lub czy zmiany w oceanicznej i naziemnej sekwestracji węgla mogą globalizować skutki zmian klimatu, jak podejrzewa się dla zmian klimatu lodowcowego / międzylodowcowego, są otwarte pytania. Jednak zaczynamy zbliżać się do tego, jak może dojść do wspomnianego paradoksu: globalne ocieplenie może wywołać chłodniejszy klimat dla wielu z nas.,
zastanów się najpierw nad obserwacjami zmian oceanicznych na przestrzeni współczesnych nagrań instrumentalnych sprzed 40 lat. W tym przedziale czasowym zaobserwowaliśmy wzrost średniej globalnej temperatury. Ze względu na dużą pojemność cieplną ocean odnotował niewielkie, ale znaczące zmiany temperatury. Największe wzrosty temperatury występują w pobliżu wód powierzchniowych, ale ocieplenie było mierzalne do głębokości nawet 3000 metrów w N. Atlantyku., Na ten długoterminowy wzrost nakładają się zmiany międzyroczne i dekadalne, które często zaciemniają te tendencje, powodując regionalną zmienność i Ochłodzenie w niektórych regionach, a ocieplenie w innych.
ponadto najnowsze dowody wskazują, że oceany o wysokiej szerokości geograficznej odświeżyły się, podczas gdy subtropiki i tropiki stały się bardziej słone. Te Możliwe zmiany w cyklu hydrologicznym nie zostały ograniczone do Północnego Atlantyku, ale zostały zaobserwowane we wszystkich większych oceanach. Jednak to właśnie w N. Atlantyku zmiany te mogą działać, aby zakłócić przewracającą się cyrkulację i spowodować szybką transformację klimatyczną.,
3-4 metrowe nagromadzenie słodkiej wody w tym okresie zmniejszyło zasolenie słupa wody w całym subpolarnym N. Atlantyku tak głęboko, jak 2000m. w tym samym czasie wzrosło zasolenie subtropikalne i północne tropikalne.
stopień, w jakim te dwa efekty równoważą się pod względem słodkiej wody, jest ważny dla zmian klimatu. Jeśli efektem netto jest obniżenie zasolenia, to słodka woda musiała zostać dodana z innych źródeł: spływu rzecznego, topnienia wieloletniego lodu Arktycznego lub lodowców., Zalanie Północnego Atlantyku słodką wodą z tych różnych źródeł może zmniejszyć lub nawet zakłócić przepływ wywracający.
To, czy to drugie nastąpi, czy nie, jest ogniwem problemu i trudno przewidzieć go z całą pewnością. Obecnie nie mamy nawet systemu do monitorowania obrotu wywracającego.
Przypomnijmy, że wewnętrzne mieszanie ciepła i soli jest integralną częścią odwrócenia obiegu., Jedno z ostatnich badań pokazuje, że dla modelu o stałym mieszaniu pionowym, który jest powszechnie stosowany w sprzężonych przebiegach klimatu oceaniczno-atmosferycznego, istnieje tylko jeden stabilny stan klimatyczny: nasz obecny z znacznym opadem i gęstym tworzeniem się wody w północnym N. Atlantyku.
z nieco innym sformułowaniem, bardziej zgodne z niektórymi niedawnymi pomiarami oceanicznych szybkości mieszania, które są małe w pobliżu powierzchni i stają się większe nad szorstką topografią DNA, drugi stabilny stan wyłania się z niewielką lub żadną produkcją głębokich wód w północnym N. Atlantyku., Istnienie drugiego stabilnego stanu ma kluczowe znaczenie dla zrozumienia, kiedy i kiedy nastąpi nagła zmiana klimatu. Gdy występuje w modelowych przebiegach i danych geologicznych, jest niezmiennie związany z szybkim dodawaniem słodkiej wody na wysokich północnych szerokościach geograficznych.
a teraz może zaczniesz dostrzegać zakres problemu. Oprócz włączenia ziemskiej biosfery i lodu polarnego, które odgrywają dużą rolę w odbiciu promieniowania słonecznego, należy dokładnie sparametryzować mieszanie, które występuje w skali centymetrowej do kilkudziesięciu centymetrów w oceanie., I trzeba wytworzyć długie, wielowiekowe, globalne przebiegi klimatyczne! Jest to trudne zadanie, ale jest konieczne, zanim będziemy mogli śmiało polegać na modelach do przewidywania przyszłych zmian klimatu.
poza potrzebami wiarygodnych modeli, które mogą dokładnie przewidzieć zmiany klimatu, potrzebujemy również danych, które mogą je właściwie zainicjować. Błędy w danych początkowych mogą prowadzić do złych prognoz atmosferycznych w ciągu kilku dni. Więc pewna droga do lepszych prognoz pogody są lepsze dane początkowe.
w przypadku Oceanu nasz zasięg danych jest całkowicie niewystarczający., Nie możemy teraz powiedzieć, jak wygląda przewrócony obieg z całą pewnością i mamy przed sobą zadanie przewidywania, jak może wyglądać za 10 lat!
obecnie trwają starania, aby temu zaradzić. Globalny zasięg pomiarów temperatury i zasolenia górnego Oceanu za pomocą autonomicznych pływaków jest w zasięgu naszych możliwości w ciągu następnej dekady, podobnie jak powierzchniowe pomiary naprężeń wiatru i cyrkulacji oceanicznej z satelitów.,
pomiar głębokich przepływów jest trudniejszy, ale istnieje wiedza o lokalizacjach krytycznych dróg gęstych przepływów wody i trwają starania, aby zmierzyć je w niektórych kluczowych miejscach z zacumowanymi tablicami.
nasza wiedza na temat minionych zmian klimatu jest również ograniczona. Istnieje tylko kilka rekordów klimatu rdzeni lodowych o wysokiej rozdzielczości z ostatnich 100 000 lat, a jeszcze mniej rekordów oceanicznych o porównywalnej rozdzielczości., Lepsza definicja przeszłych Stanów klimatycznych jest potrzebna nie tylko sama w sobie, ale do wykorzystania przez modelarzy do testowania swoich najlepszych modeli klimatycznych w odtwarzaniu tego, co wiemy, wydarzyło się w przeszłości, zanim uwierzysz w projekcje modeli na temat przyszłości. Jeszcze tego nie osiągnęliśmy i należy poczynić postępy zarówno w zakresie lepszych danych, jak i ulepszonych modeli, zanim będziemy mogli odpowiedzieć na kilka krytycznych pytań dotyczących przyszłych zmian klimatu.
naukowcy zawsze mówią, że potrzebne jest więcej funduszy na badania, a my nie jesteśmy inni. Naszym głównym przesłaniem nie jest jednak tylko to., Chodzi o to, że globalny klimat zmierza w kierunku, który sprawia, że nagłe zmiany klimatu są bardziej prawdopodobne, że dynamika ta wykracza poza możliwości wielu modeli stosowanych w sprawozdaniach IPCC, a konsekwencje ignorowania tego mogą być duże. Dla tych z nas mieszkających na skraju N. Oceanu Atlantyckiego, możemy planować scenariusze klimatyczne globalnego ocieplenia, które są przeciwne do tego, co może faktycznie wystąpić.