ziemia
Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-06-12
Anatomia oceanu

Choć woda oceaniczna krąży nieustannie po całym globie, wędrówka w głębiny przychodzi jej z trudem. To niezwykłe, ale na Ziemi jest zaledwie parę miejsc, gdzie woda może swobodnie pokonać wielokilometrową otchłań i dostarczyć tlen na dno oceanu. Gdyby nie te nieliczne globalne przepompownie życiodajnego gazu, ziemskie oceany zmieniłyby się w biologiczne pustynie.

Oceany są dziś dość równomiernie nasycone tlenem. Nieco więcej jest go w zimnej, świeżej wodzie, która właśnie opuściła powierzchnię oceanu i zmierza w dół, trochę mniej - w wodzie, która od setek lat przemierza pozbawione światła głębie. Ale różnice, choć dla oceanicznej fauny łatwo wyczuwalne, są niewielkie. To zasługa energicznego krążenia wody w oceanach.

W dziejach Ziemi zdarzały się jednak okresy stagnacji, kiedy tlen niespodziewanie przestawał docierać do głębin oceanicznych. Żyjące tam zwierzęta dusiły się wtedy masowo, a świat stawał na skraju zagłady ekologicznej. Zjawisko skrajnego niedotlenienia wody naukowcy nazywają anoksją. Współcześnie obserwuje się ją rzadko w dużych zbiornikach morskich. Anoksję stwierdzono m.in. w głębinach Morza Czarnego oraz w Oceanie Atlantyckim u wybrzeży Namibii w południowej Afryce. Ale w ciągu ostatniego pół miliona lat przynajmniej kilka razy anoksja obejmowała większe fragmenty oceanów.

Poważne zaburzenia w krążeniu oceanicznym pojawiały się zazwyczaj wtedy, gdy średnie temperatury na Ziemi osiągały bardzo wysokie wartości. Szok termiczny był tak silny, że - wedle niektórych hipotez - mógł spowodować zatrzymanie cyrkulacji w oceanach i doprowadzić do wymarcia morskich organizmów. Z tej perspektywy patrząc, nie powinniśmy się obawiać awarii cyrkulacji oceanicznej, bo żyjemy w jednym z najchłodniejszych okresów fanerozoiku, który zaczął się 560 mln lat temu i obejmuje trzy ostatnie ery geologiczne: palezoik, mezozoik i kenozoik. Kłopot w tym, że temperatura na Ziemi rośnie od kilku dziesięcioleci, w atmosferze wzrasta poziom gazów cieplarnianych, a powierzchnia oceanów powoli się ociepla, czego konsekwencją jest nieznaczne podniesienie się ich poziomu.

Spokojnie, nic się jeszcze nie dzieje

Na razie zmiany są bardzo subtelne. Załóżmy jednak, że ten trend utrzyma się przez kilka kolejnych stuleci. Wówczas morza zaczną znów pochłaniać olbrzymie dawki ciepła i ryzyko zagłady wzrośnie. Jedna z wersji przyszłych zdarzeń zakłada silne podgrzanie powierzchni planety przez dwutlenek węgla wydobywający się z kominów i rur wydechowych samochodów. Jeśli stężenie tego gazu cieplarnianego podniesie się 3-4 razy (tak było podczas niektórych okresów masowych wymierań organizmów), doskonale funkcjonujący obecnie system rozprowadzania tlenu w oceanach może się zepsuć. Fakt ten miałby zapewne poważne konsekwencje dla ziemskiej biosfery, a ustanie krążenia w oceanach doprowadziłoby także do raptownych zmian klimatu.

Czy takie zjawisko rzeczywiście nam grozi w najbliższej przyszłości? Gdzie szukać symptomów kryzysu? By znaleźć odpowiedzi na te pytania, trzeba wpierw dobrze poznać anatomię oceanu. Tylko znając mechanizmy rządzące oceaniczną cyrkulacją, można będzie z dużym wyprzedzeniem rozpoznać zmiany i zatrzymać niepokojący trend, jeśli będzie to w naszej mocy.

Na początek jednak uspokajający komunikat: w najbliższym czasie prawdopodobnie nie grozi nam żadna poważna awaria krążenia wody w oceanach. Nieprawdziwe, przynajmniej na razie, okazały się alarmistyczne komunikaty sprzed dwóch lat o znacznym zwolnieniu cyrkulacji w najważniejszej pompie tłoczącej tlen do głębin, którą stanowi północna część Atlantyku. Nie stwierdzono również osłabnięcia prądów morskich od tysięcy lat ogrzewających Europę ciepłem przynoszonym ze strefy podzwrotnikowej. Czujniki pomiarowe rozmieszczone w oceanie pomiędzy Wyspami Kanaryjskimi a Bahamami przez badaczy z National Oceanographic Centre w Southampton w Wielkiej Brytanii nie odnotowały zmniejszenia krążenia wody w tym akwenie. Puls Atlantyku bije bez zmian, choć - jak pokazały pomiary - wykazuje znaczne wahania w ciągu roku (pisałem o tym w "Wiedzy i Życiu" 1/2007, a szczegóły brytyjskich badań opublikował w sierpniu "Science").

Czułe miejsca oceanu

Natleniona woda z powierzchni oceanu zanurkuje w jego głębiny tylko wtedy, gdy będzie odpowiednio gęsta. To z kolei zależy od dwóch jej cech - temperatury i zasolenia. Im jest chłodniejsza i bardziej słona, tym większą ma gęstość i łatwiej pogrąża się w otchłani. Z tych dwóch czynników ważniejsza jest jednak temperatura - woda bardzo słona, lecz względnie ciepła, będzie się unosiła nad wodą mniej słoną, lecz od niej chłodniejszą.

Gdybyśmy wykonali przekrój przez wody oceaniczne, przypominałby on tort podzielony na wyraźnie oddzielone od siebie warstwy. Różnią się one temperaturą i zasoleniem, przy czym - co oczywiste - gęstość wody rośnie powoli z głębokością. Masy wody zajmujące poszczególne piętra prawie nie mieszają się ze sobą. Każda z nich żyje własnym życiem - wędruje w odmiennym kierunku i z odmienną prędkością niż jej sąsiadki z góry i z dołu. Wodzie o określonej gęstości trudno jest tak po prostu przeskoczyć z jednego piętra na drugie. Dopóki nie zmieni się jej temperatura lub zasolenie, może się przemieszczać tylko w poziomie.

W oceanie w całości zbudowanym z takich odrębnych warstw, oddzielonych od siebie niewidzialnymi, lecz wyraźnymi granicami wynikającymi z różnic gęstości, tlenu byłoby niewiele. Tylko wierzchnia strefa mająca stały kontakt z atmosferą zawierałaby go pod dostatkiem. Nie mogłaby się jednak podzielić cennym gazem, bo nie miałaby większych szans na przedostanie się w głąb oceanu. Mimo względnie dużego zasolenia, jest bardzo ciepła i w rezultacie ma zbyt małą gęstość, aby opaść na dno.

Na szczęście są jeszcze strefy podbiegunowe. Otrzymują one znacznie mniej ciepła słonecznego niż okolice równika, dlatego woda na powierzchni oceanu jest tam chłodna i gęsta. Grawitacja nie ma problemu, by zmusić ją do wędrówki w dół. Tym samym otwierają się wrota, którymi tlen może swobodnie przedostać się w morskie głębiny. Takie pompy tłoczące natlenioną wodę z góry na dół funkcjonują w kilku zaledwie miejscach. Na półkuli północnej są to dwa akweny wchodzące w skład Atlantyku - Morze Labradorskie między zachodnią Grenlandią i Kanadą i Morze Grenlandzkie między Islandią, Spitsbergenem i wschodnią Grenlandią. Na półkuli południowej tlen jest tłoczony w głębiny w okolicy antarktycznych mórz, głównie Morza Weddella i morza Scotia od strony Atlantyku oraz Morza Rossa od strony Pacyfiku.

To czułe punkty oceanu, szczególnie, że poza tlenem pompy dystrybuują również związki pokarmowe. Zaletą tortowej budowy oceanu światowego jest to, że tlen, który raz dostanie się w głąb, zostaje tam uwięziony na wiele stuleci. Nie ma szans na ucieczkę.

Więcej w miesięczniku „Wiedza i Życie" nr 11/2007 »
Drukuj »
Ten artykuł nie został jeszcze skomentowany.
Aktualne numery
12/2014
11/2014
Kalendarium
Grudzień
22
W 1938 r. niemiecki fizyk Otto Hahn przeprowadził pierwszą próbę rozszczepienia jądra atomowego.

Warto przeczytać
Twoje dziecko bywa wybuchowe, agresywne i nieprzewidywalne? Bije, gryzie, buntuje się, a może zamyka się w sobie i nie chce rozmawiać?

WSPÓŁPRACUJEMY
Logowanie

Nazwa użytkownika

Hasło

Autor: Andrzej Hołdys | dodano: 2012-06-12
Anatomia oceanu

Choć woda oceaniczna krąży nieustannie po całym globie, wędrówka w głębiny przychodzi jej z trudem. To niezwykłe, ale na Ziemi jest zaledwie parę miejsc, gdzie woda może swobodnie pokonać wielokilometrową otchłań i dostarczyć tlen na dno oceanu. Gdyby nie te nieliczne globalne przepompownie życiodajnego gazu, ziemskie oceany zmieniłyby się w biologiczne pustynie.

Oceany są dziś dość równomiernie nasycone tlenem. Nieco więcej jest go w zimnej, świeżej wodzie, która właśnie opuściła powierzchnię oceanu i zmierza w dół, trochę mniej - w wodzie, która od setek lat przemierza pozbawione światła głębie. Ale różnice, choć dla oceanicznej fauny łatwo wyczuwalne, są niewielkie. To zasługa energicznego krążenia wody w oceanach.

W dziejach Ziemi zdarzały się jednak okresy stagnacji, kiedy tlen niespodziewanie przestawał docierać do głębin oceanicznych. Żyjące tam zwierzęta dusiły się wtedy masowo, a świat stawał na skraju zagłady ekologicznej. Zjawisko skrajnego niedotlenienia wody naukowcy nazywają anoksją. Współcześnie obserwuje się ją rzadko w dużych zbiornikach morskich. Anoksję stwierdzono m.in. w głębinach Morza Czarnego oraz w Oceanie Atlantyckim u wybrzeży Namibii w południowej Afryce. Ale w ciągu ostatniego pół miliona lat przynajmniej kilka razy anoksja obejmowała większe fragmenty oceanów.

Poważne zaburzenia w krążeniu oceanicznym pojawiały się zazwyczaj wtedy, gdy średnie temperatury na Ziemi osiągały bardzo wysokie wartości. Szok termiczny był tak silny, że - wedle niektórych hipotez - mógł spowodować zatrzymanie cyrkulacji w oceanach i doprowadzić do wymarcia morskich organizmów. Z tej perspektywy patrząc, nie powinniśmy się obawiać awarii cyrkulacji oceanicznej, bo żyjemy w jednym z najchłodniejszych okresów fanerozoiku, który zaczął się 560 mln lat temu i obejmuje trzy ostatnie ery geologiczne: palezoik, mezozoik i kenozoik. Kłopot w tym, że temperatura na Ziemi rośnie od kilku dziesięcioleci, w atmosferze wzrasta poziom gazów cieplarnianych, a powierzchnia oceanów powoli się ociepla, czego konsekwencją jest nieznaczne podniesienie się ich poziomu.

Spokojnie, nic się jeszcze nie dzieje

Na razie zmiany są bardzo subtelne. Załóżmy jednak, że ten trend utrzyma się przez kilka kolejnych stuleci. Wówczas morza zaczną znów pochłaniać olbrzymie dawki ciepła i ryzyko zagłady wzrośnie. Jedna z wersji przyszłych zdarzeń zakłada silne podgrzanie powierzchni planety przez dwutlenek węgla wydobywający się z kominów i rur wydechowych samochodów. Jeśli stężenie tego gazu cieplarnianego podniesie się 3-4 razy (tak było podczas niektórych okresów masowych wymierań organizmów), doskonale funkcjonujący obecnie system rozprowadzania tlenu w oceanach może się zepsuć. Fakt ten miałby zapewne poważne konsekwencje dla ziemskiej biosfery, a ustanie krążenia w oceanach doprowadziłoby także do raptownych zmian klimatu.

Czy takie zjawisko rzeczywiście nam grozi w najbliższej przyszłości? Gdzie szukać symptomów kryzysu? By znaleźć odpowiedzi na te pytania, trzeba wpierw dobrze poznać anatomię oceanu. Tylko znając mechanizmy rządzące oceaniczną cyrkulacją, można będzie z dużym wyprzedzeniem rozpoznać zmiany i zatrzymać niepokojący trend, jeśli będzie to w naszej mocy.

Na początek jednak uspokajający komunikat: w najbliższym czasie prawdopodobnie nie grozi nam żadna poważna awaria krążenia wody w oceanach. Nieprawdziwe, przynajmniej na razie, okazały się alarmistyczne komunikaty sprzed dwóch lat o znacznym zwolnieniu cyrkulacji w najważniejszej pompie tłoczącej tlen do głębin, którą stanowi północna część Atlantyku. Nie stwierdzono również osłabnięcia prądów morskich od tysięcy lat ogrzewających Europę ciepłem przynoszonym ze strefy podzwrotnikowej. Czujniki pomiarowe rozmieszczone w oceanie pomiędzy Wyspami Kanaryjskimi a Bahamami przez badaczy z National Oceanographic Centre w Southampton w Wielkiej Brytanii nie odnotowały zmniejszenia krążenia wody w tym akwenie. Puls Atlantyku bije bez zmian, choć - jak pokazały pomiary - wykazuje znaczne wahania w ciągu roku (pisałem o tym w "Wiedzy i Życiu" 1/2007, a szczegóły brytyjskich badań opublikował w sierpniu "Science").

Czułe miejsca oceanu

Natleniona woda z powierzchni oceanu zanurkuje w jego głębiny tylko wtedy, gdy będzie odpowiednio gęsta. To z kolei zależy od dwóch jej cech - temperatury i zasolenia. Im jest chłodniejsza i bardziej słona, tym większą ma gęstość i łatwiej pogrąża się w otchłani. Z tych dwóch czynników ważniejsza jest jednak temperatura - woda bardzo słona, lecz względnie ciepła, będzie się unosiła nad wodą mniej słoną, lecz od niej chłodniejszą.

Gdybyśmy wykonali przekrój przez wody oceaniczne, przypominałby on tort podzielony na wyraźnie oddzielone od siebie warstwy. Różnią się one temperaturą i zasoleniem, przy czym - co oczywiste - gęstość wody rośnie powoli z głębokością. Masy wody zajmujące poszczególne piętra prawie nie mieszają się ze sobą. Każda z nich żyje własnym życiem - wędruje w odmiennym kierunku i z odmienną prędkością niż jej sąsiadki z góry i z dołu. Wodzie o określonej gęstości trudno jest tak po prostu przeskoczyć z jednego piętra na drugie. Dopóki nie zmieni się jej temperatura lub zasolenie, może się przemieszczać tylko w poziomie.

W oceanie w całości zbudowanym z takich odrębnych warstw, oddzielonych od siebie niewidzialnymi, lecz wyraźnymi granicami wynikającymi z różnic gęstości, tlenu byłoby niewiele. Tylko wierzchnia strefa mająca stały kontakt z atmosferą zawierałaby go pod dostatkiem. Nie mogłaby się jednak podzielić cennym gazem, bo nie miałaby większych szans na przedostanie się w głąb oceanu. Mimo względnie dużego zasolenia, jest bardzo ciepła i w rezultacie ma zbyt małą gęstość, aby opaść na dno.

Na szczęście są jeszcze strefy podbiegunowe. Otrzymują one znacznie mniej ciepła słonecznego niż okolice równika, dlatego woda na powierzchni oceanu jest tam chłodna i gęsta. Grawitacja nie ma problemu, by zmusić ją do wędrówki w dół. Tym samym otwierają się wrota, którymi tlen może swobodnie przedostać się w morskie głębiny. Takie pompy tłoczące natlenioną wodę z góry na dół funkcjonują w kilku zaledwie miejscach. Na półkuli północnej są to dwa akweny wchodzące w skład Atlantyku - Morze Labradorskie między zachodnią Grenlandią i Kanadą i Morze Grenlandzkie między Islandią, Spitsbergenem i wschodnią Grenlandią. Na półkuli południowej tlen jest tłoczony w głębiny w okolicy antarktycznych mórz, głównie Morza Weddella i morza Scotia od strony Atlantyku oraz Morza Rossa od strony Pacyfiku.

To czułe punkty oceanu, szczególnie, że poza tlenem pompy dystrybuują również związki pokarmowe. Zaletą tortowej budowy oceanu światowego jest to, że tlen, który raz dostanie się w głąb, zostaje tam uwięziony na wiele stuleci. Nie ma szans na ucieczkę.