Ωκεανοί : Οι ρυθμιστές του κλίματος στη Γη (Ωκεάνια ρεύματα-Υδρατμοί-Νεφοκάλυψη) -Μέρος 2ο

Στο πρώτο μέρος του αφιερώματός μας για τους ωκεανούς  είχαμε τονίσει ιδιαίτερα την μεγάλη θερμοχωριτικότητα του νερού όπου για να ανέβει η θερμοκρασία του κατά ένα βαθμό Κελσίου χρειάζονται 324 χρόνια , ενω στην ατμόσφαιρα μόνο 116 μέρες. Αναδείξαμε επίσης και το γεγονός οτι οι ωκεανοί αποτελούν ρυθμιστές του κλίματος, λόγω του ότι είναι καταβόθρες αλλά και πηγές του CO2.

Τα ωκεάνια ρεύματα

Σήμερα θα εξετάσουμε τα τα ωκεάνια ρεύματα, τα οποία αποτελούν σημαντικά στοιχεία του κλιματικού συστήματος. Ως αποτέλεσμα της διαφορετικής θέρμανσης, όπου ο ισημερινός είναι θερμότερος από τους πόλους της Γης, τα ρεύματα μεταφοράς στους ωκεανούς και στην ατμόσφαιρα μετακινούν τη θερμική ενέργεια προς τους πόλους. Αυτή είναι η κινητήρια δύναμη της ατμοσφαιρικής κυκλοφορίας και της θερμοαλατικής κυκλοφορίας στους ωκεανούς.

Η θερμοαλατική κυκλοφορία των ωκεανών του κόσμου, που κατευθύνεται από τις διαφορές στην αλατότητα και στη θερμοκρασία των υδάτων. Τα μπλε μονοπάτια αντιπροσωπεύουν ρεύματα βαθέων υδάτων, ενώ τα κόκκινα μονοπάτια αντιπροσωπεύουν επιφανειακά ρεύματα.

Για να κατανοήσετε την κυκλοφορία των Ωκεανών μη παραλείψετε να δείτε το βίντεο που ακολουθεί (για μικρούς και μεγάλους)

Η θερμοαλατική κυκλοφορία (ή ο μεταφορέας του ωκεανού, όπως είναι πολλές φορές γνωστή) οφείλεται στις διαφορές στη θερμοκρασία και την αλατότητα του νερού . Φέρνει ζεστά επιφανειακά νερά από τις τροπικές περιοχές στον Βόρειο Ατλαντικό, που στη συνέχεια θερμαίνει μέρη της Ευρώπης. Υπάρχει μια άποψη που όμως δεν έχει επιβεβαιωθεί ότι τυχόν υπερθέρμανση του πλανήτη θα προκαλέσει την τήξη των στρωμάτων πάγου στη Γροιλανδία, αραιώνοντας την αλατότητα του Βορείου Ατλαντικού και μειώνοντας την πυκνότητα των υδάτων του. Εάν το νερό δεν είναι πλέον αρκετά πυκνό ώστε να βυθιστεί, η θερμοαλατική κυκλοφορία θα διακοπεί. Αυτό όμως είναι μια υπόθεση , διότι ακόμη δεν έχει γίνει πλήρως κατανοητή πως μπορεί να θερμανθεί το νερό που βρίσκεται στους ωκεανούς Για να κατανοήσετε την  “θερμοαλατική κυκλοφορία” (thermohaline circulation) παρακολουθείστε το παρακάτω βίντεο

Η κίνηση των τεκτονικών πλακών μπορεί επίσης να έχει σημαντική επίδραση στα ωκεάνια ρεύματα. Για παράδειγμα , η δημιουργία τόσο της Πύλης της Τασμανίας (Tasmanian Gateway) όσο και του Περάσματος Ντρέικ (Drake Passage) – όταν οι ήπειροι της Αυστραλασίας και της Νότιας Αμερικής αποσπάστηκαν από την Ανταρκτική – οδήγησε στο σχηματισμό του κυκλικού ρεύματος της Ανταρκτικής πριν από 30 εκατομμύρια χρόνια. Το ρεύμα έφερε ψυχρό βαθύ νερό της Ανταρκτικής στην επιφάνεια. Αυτή η τεκτονική δραστηριότητα – συνδυασμένη με το θάψιμο του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα από τον σχηματισμό των Ιμαλαΐων – πιστεύεται ότι πυροδότησε την Ύστερη Καινοζωική Εποχή των Παγετώνων. Οι επιστήμονες μπορούν να προβλέψουν που θα μετακινηθούν οι πλάκες τα επόμενα 250 εκατομμύρια χρόνια

Η οροσειρά των Ιμαλαΐων – που σχηματίστηκε ως αποτέλεσμα της σύγκρουσης μεταξύ των τεκτονικών πλακών της Ινδίας και της Ευρασίας – αποτελεί άριστο παράδειγμα του πως οι τεκτονικές πλάκες μπορούν να έχουν επίπτωση στο κλίμα. Τα τελευταία 50 εκατομμύρια χρόνια, η αργή άνοδος των Ιμαλαΐων έχει εκθέσει νέα πετρώματα στην χημική διάβρωση. Σε αυτή την διαδικασία, διοξείδιο του άνθρακα από την ατμόσφαιρα δεσμεύεται από ορισμένα μέταλλα στο πέτρωμα, ελαττώνοντας την ποσότητα του ατμοσφαιρικού διοξειδίου του άνθρακα και  ψύχοντας έτσι τον πλανήτη.

Ωκεανοί και Υδρατμοί 

Όταν σκεφτόμαστε τα αέρια που συμμετέχουν στη κλιματική αλλαγή, συνήθως σκεφτόμαστε το διοξείδιο του άνθρακα και ίσως κάποια άλλα αέρια της ατμόσφαιρας, όπως το μεθάνιο. Αυτά τα αέρια συμβάλλουν στο φαινόμενο του θερμοκηπίου απορροφώντας και παγιδεύοντας υπέρυθρη ενέργεια (θερμότητα) από την επιφάνεια της Γης. Στη πραγματικότητα, το πιο ισχυρό αέριο θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα δεν είναι κανένα από αυτά, αλλά το νερό σε μορφή υδρατμών

Οι υδρατμοί στην ατμόσφαιρα απορροφούν το 36-85% της γήινης εξερχόμενης υπέρυθρης ενέργειας, σε σύγκριση με τα πολύ χαμηλότερα ποσοστά των 9-26% που απορροφάται από το διοξείδιο του άνθρακα (CO₂) και των 4-9% από το μεθάνιο (CH₄). Η κύρια πηγή των ατμοσφαιρικών υδρατμών είναι η εξάτμιση από τους ωκεανούς. 

Αν και οι υδρατμοί έχουν μεγάλη επιρροή στο πόση θερμότητα συγκρατείται στον πλανήτη μας, η επίδραση τους στο κλίμα οφείλεται στον τρόπο που τα άλλα αέρια του θερμοκηπίου (όπως το CO₂ – διοξείδιο του άνθρακα – και το CH₄ –μεθάνιο-) επηρεάζουν τη θέρμανση του πλανήτη.

Εάν δεν υπήρχαν αυτά τα αέρια του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα, η μέση τιμή της θερμοκρασίας στην επιφάνεια της Γης θα ήταν πολύ πιο χαμηλή – περίπου -18^°C – και πολύ μικρότερη ποσότητα νερού θα εξατμιζόταν στην ατμόσφαιρα.

Η παρουσία των αερίων του θερμοκηπίου στην ατμόσφαιρα αυξάνει τη θερμοκρασία της γήινης επιφάνειας, με αποτέλεσμα την εξάτμιση του νερού. Αυτό με τη σειρά του αυξάνει τη θέρμανση, λόγω της επίδρασης των υδρατμών στο φαινόμενο του θερμοκηπίου και ούτω καθεξής. Αυτός ο «φαύλος κύκλος», όπου διάφοροι παράγοντες επιδεινώνουν ο ένας τον άλλο, ονομάζεται θετικός βρόχος ανάδρασης. 

Όμως, οι υδρατμοί έχουν και μια αντίστροφη επίδραση: περισσότεροι υδρατμοί στον αέρα συνεπάγεται και περισσότερα σύννεφα. Τα σύννεφα αντανακλούν πίσω στο διάστημα το περισσότερο από το εισερχόμενο ηλιακό φως, προκαλώντας φαινόμενο ψύξης που ωθεί το παγκόσμιο κλίμα σε αντίθετη κατεύθυνση από το φαινόμενο του θερμοκηπίου.

Σήμερα, η επίδραση των σύννεφων δροσίζει τη γήινη επιφάνεια κατά περίπου 5 ^°C, αλλά δεν γνωρίζουμε ποιος από τους δύο παράγοντες – η θέρμανση ή η ψύξη των υδρατμών – θα επικρατήσει σε θερμότερο κλίμα.

Ετήσιος μέσος όρος συγκέντρωσης υδρατμών ανά τον κόσμο στο επίπεδο της επιφάνειας

Άλλα συστατικά των ωκεανών

Εκτός από τους υδρατμούς, οι ωκεανοί ελευθερώνουν άλλα συστατικά στην ατμόσφαιρα που συντελούν στη κλιματική αλλαγή. Κάποια από αυτά ξεφεύγουν από τους ωκεανούς σχηματίζοντας μικροσκοπικά σωματίδια στην ατμόσφαιρα, τα οποία δρουν ως σπόροι νέφους, επιτρέποντας στους υδρατμούς να συμπυκνώνονται και να σχηματίζουν σύννεφα.

Ένα από τα σημαντικότερα συστατικά στην ατμοσφαιρικό σχηματισμό των νεφών είναι το διμέθυλο σουλφίδιο (CH₃SCH₃), μια ένωση θείου που παράγεται από το φυτοπλαγκτόν (φυτοειδές πλαγκτόν) στους ωκεανούς. Εξατμίζεται εύκολα στην ατμόσφαιρα, όπου οξειδώνεται προκειμένου να σχηματιστεί διοξείδιο του θείου (SO₂) και μεθανοσουλφονικό οξύ (MSA). Το διοξείδιο του θείου αντιδρά με το ατμοσφαιρικό νερό σχηματίζοντας θειικό οξύ, αποδίδοντας θειικά ιόντα,  SO₄^2-.

Αυτά και το MSA είναι πολύ αποτελεσματικοί παράγοντες σχηματισμού νεφών, επιτρέποντας τους υδρατμούς να συμπυκνώνονται σε σταγονίδια, οδηγώντας έτσι στο σχηματισμό σύννεφων.

Μια άλλη ομάδα ενώσεων που εισέρχονται στην ατμόσφαιρα από τους ωκεανούς είναι οι οργανοαλογονούχες ενώσεις – όπως για παράδειγμα το μεθυλοχλωρίδιο (CH₃Cl). Όπως και τα αντίστοιχα συνθετικά τους (για παράδειγμα χλωροφθοράνθρακες, ή CFCs), οι οργανοαλογονούχες ενώσεις επάγουν τη διάσπαση του όζοντος στην στρατόσφαιρα, λαμβάνοντας μέρος σε φωτοχημικές αντιδράσεις μαζί με το όζον. Το όζον έχει σημαντικό ρόλο στην απορρόφηση της εισερχόμενης ηλιακής ακτινοβολίας και βοηθά στην προστασία μας από την υπέρυθρη ακτινοβολία, αλλά αποτελεί επίσης ισχυρό αέριο του θερμοκηπίου – και, όπως το διοξείδιο του άνθρακα, παράγεται από την ανθρώπινη δραστηριότητα. Στην πραγματικότητα, η αύξηση των επιπέδων του όζοντος από την έναρξη της βιομηχανοποίησης τα τελευταία 200 χρόνια είναι υπεύθυνη για περίπου το 15% ολόκληρου του ανθρωπογενούς (προκαλούμενη από τον άνθρωπο) φαινομένου του θερμοκηπίου.

Οι οργανοαλογονικές ενώσεις που παράγονται από τον ωκεανό συμβάλλουν με τον τρόπο αυτό στη μείωση της θέρμανσης του πλανήτη μειώνοντας τη συγκέντρωση όζοντος στην ατμόσφαιρα.

Η νεφοκάλυψη περιπλέκει την κλιματική αλλαγή

Τα σύννεφα έχουν σημαντικές επιπτώσεις στο κλίμα της Γης. Χαμηλά και πυκνά σύννεφα ψυχραίνουν την επιφάνεια της γης, ενώ τα ψηλά και αραιά ζεσταίνουν το κλίμα. Ρόλο κλειδί για το σχηματισμό νεφών είναι τα αερολύματα – μικροσκοπικά σωματίδια τα οποία αιωρούνται στην ατμόσφαιρα. Λειτουργούν ως μικροσκοπικοί “σπόροι” πάνω στους οποίους συμπυκνώνονται οι υδρατμοί. Τα αερολύματα είναι πολύ περισσότερο από αυτό που συναντάμε σε ένα σπρέι μαλλιών. Μπορεί να είναι φυσικά (όπως σκόνη ή θαλασσινό αλάτι) ή ανθρωπογενή (όπως ρύποι ή καπνός). Μια αύξηση στα ανθρωπογενή αερολύματα θα μπορούσε επομένως να οδηγήσει σε σχηματισμό περισσότερων νεφών, τα οποία (αναλόγως του ύψους των νεφών) θα μπορούσαν δυνητικά να αντισταθμίσουν την πλήρη έκταση του φαινομένου της κλιματικής αλλαγής.

Το πείραμα CLOUD στο CERN εμπλουτίζει τις γνώσεις μας για τα αερολύματα και τα νέφη και εξετάζει την πιθανή επιρροή των κοσμικών ακτινών στο σχηματισμό των νεφών. Οι ακτίνες αυτές αποτελούνται από υποατομικά σωματίδια τα οποία προέρχονται από σουπερνόβα εκτός του ηλιακού μας συστήματος και πιστεύεται ότι επηρεάζουν την κάλυψη από νέφη μέσω του σχηματισμού νέων αερολυμάτων.

Πηγή : Science in School -Tim Harrison, Anwar Khan, Dudley Shallcross