Освен добре познатите течения на повърхността, в Световния океан съществуват и дълбочинни течения, които обхващат водните маси под 800 – 1000 м дълбочина. Те се отличават с много малка скорост на движение, но преместват колосални водни обеми, с което представляват съществена част от океанския “метаболизъм”. Като пренасят топлина и хранителни вещества, дълбочинните течения оказват основно влияние върху климатичната система. Поради тесните връзки между атмосфера и хидросфера, климатичните промени влияят върху дълбочинната океанска циркулация, и това може да окаже неочаквани ефекти върху климата на цели региони от света. 

През последните десетилетия учените откриват нови и нови неизвестни досега факти за Световния океан и ролята му като регулатор на климата. Установява се, че водата в океанските дълбини бавно се движи, с което се осъществява обмен между всички океани, а с водните обеми се транспортират енергия, кислород и хранителни вещества. На пренасяните чрез този „океански конвейер“ огромни количества топлина от малките географски ширини се дължи мекия и сравнително топъл климат на Европа. Може да звучи изненадващо, но силното затопляне на Арктика може да доведе до рязко застудяване на Стария континент и същевременно до ускорено топене на антарктическите ледове. Такива събития са известни в климатичната история на Земята. 

Климатични промени и дълбочинна циркулация

Според проучване на австралийски учени, публикувано наскоро в списание Nature (Igini, 2023), ускореното климатично затопляне, което се наблюдава в последните години, и е особено голямо в полярните области, може да повлияе сериозно върху дълбочинната океанска циркулация, а оттам и да окаже дълготрайно влияние върху световния климат, което ще бъде осезаемо в течение на векове. Причината е в ускореното топене на полярните ледове, което намалява солеността на водите и може да доведе до забавяне на планетарните дълбочинни океански течения. Прогнозата е, че ако изхвърлянето на газови емисии и затоплянето на климата продължават със съвременните темпове, за период от 30 години дълбочинната циркулация може да се забави с 40%. Това може да окаже съществен ефект върху метеорологичните условия, океанските екосистеми, да доведе до ускорено покачване на нивото на Световния океан и може дълготрайно да повлияе върху способността на океана да абсорбира въглероден диоксид от атмосферата.

Фигура 1. Надлъжен разрез на Атлантическия океан, който показва основните елементи на дълбочинната циркулация. Водните маси са обозначени с абревиатури: ПВ – повърхностни води; САДВ – Северноатлантически дълбочинни води; АПВ – Антарктически полярни води (по Harvey, 1976)

Установено е, че от 1900 г. досега дълбочинната циркулация в Атлантическия океан (АМОС) е забавила скоростта си с около 15%, което поне отчасти се отдава на предизвиканите от човека климатични промени (Leffer, 2022), като това забавяне е без прецедент в последните 1000 години (Caesar и др., 2018). Образно казано, това означава, че за година течението Гълфстрийм и успоредното на него подповърхностно течение доставят от тропичните към субполярните ширини на Северния Атлантик вода в количество, което спрямо началото на 20 век е по-малко с 15 пъти годишния отток на р. Амазонка. Забавянето на циркулацията води до намаляване на средната температура на повърхностните води в най-северните части на Атлантическия океан и до затопляне на субтропичните води, особено край бреговете на Северна Америка (Фиг. 2). Това, че е регистрирано забавяне, все още не означава, че циркулацията ще „блокира“ напълно. Едно скорошно изследване, публикувано през април също в Nature Climate Change (He и Clark, 2022), установява, че течението не е чак толкова чувствително към топенето и големия вток на прясна вода, колкото беше смятано до неотдавна. Дори и при най-лошия сценарий на IPCC, до 2100 г. AMOC ще се забави с около 33%. Дори и такова забавяне обаче крие рискове от резки промени в климата, които ще повлияят отрицателно върху условията за земеделие и върху формирането на водните ресурси в Европа, тъй като се очаква да доведе до намаляване на валежите, особено през лятото, и зачестяване на студените и горещите вълни. Но промените няма да се ограничат само до Атлантическия океан. Охлаждане ще има и в Северния Тихи океан. Moже да се стигне до изместване на юг на екваториалната валежна зона, при което амазонската дъждовна гора да бъде заплашена от суша, до отслабване на мусоните в северното и засилването им в южното полукълбо. Значителни райони от Северното полукълбо ще станат по-сухи, докато в Южното валежите ще се увеличат. Атмосферното налягане над Евразия и други части от Северното полукълбо ще бъде доста по-високо, а пасатите и други ветрове ще се усилят.

Фигура 2. Промени на температурата на водата в повърхностните слоеве на Атлантическия океан в периода 1993-2018. Отрицателната аномалия в района между о. Нюфаундленд и Британските острови и ускореното затопляне на водите край американските брегове са показателни за забавянето на скоростта на AMOC (по https://www.realclimate.org/ и Caesar и др., 2018). 

Подобни промени биха довели до ускорено топене на ледовете в Антарктика. 

Какво представляват дълбочинните течения и каква е тяхната климатична роля?

Наред с океанските течения, които обхващат повърхността, в океана се осъществява преместване и на водите в по-дълбоките слоеве. Кръговратът в подповърхностните части на Световния океан е наречен термохалинна циркулация или „океанска конвейерна лента“ (Ocean Conveyor Belt) (Broecker, 1991) (Фиг. 3). Основен негов двигател са разликите в плътността на водата, които се предизвикват от различията в температурата и солеността. 

Фигура 3. Схема на дълбочинната (термохалинна) циркулация в Световния океан (по Broecker, 1991 и Гачев, 2021)

За символично „начало“ на океанския дълбочинен конвейер се приема районът около о. Исландия в Северния Атлантик, където при периодичното замръзване на морската вода в периода септември – февруари се формира колосален обем плътна солена вода. За тези потъващи атлантически води е възможно единствено да се спуснат на юг по наклона на дъното, а приходът отгоре на нови тежки солени води постепенно избутва водните маси на юг – оформя се дълбочинното течение на Атлантическия океан, което се движи на дълбочини между 3000 – 4000 м. През периода март – август импулс на циркулацията на свой ред дават антарктическите води, в които също сезонно замръзват до 57 – 60° ю. ш. Потъващите крайантарктически солени водни маси се увличат от кръговрата на Течението на Западните ветрове, който със своето постоянство практически обхваща водната маса от повърхността на океана до самото дъно.

От кръговото антарктическо дълбочинно течение се отделят потоци на север към Индийския и Тихия океан. Те се задвижват от градиента, който се създава от по-високата температура и по-малката плътност на придънните води в малките ширини. В Индийския океан издигането на дълбочинните води (ъпуелинг) става в района северно от Екватора, под въздействието на силните мусонни ветрове и пасатите. Под влияние на арктичните ветрове, особено през зимата, зона на активен ъпуелинг има и в северната част на Тихия океан.

В зоните на ъпуелинг става смесване на водните маси по вертикалния профил на океана. Част от изплуващите води обменя топлина с атмосферата, а друга част образува подповърхностни течения във водния слой около 1000 m дълбочина. Те връщат голямо количество вода от Тихия и Индийския океан обратно към Атлантическия океан (червените ленти на Фиг. 1). Частта от термохалинната циркулация, която обхваща Атлантическия океан, е известна и с наименованието AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) (фиг. 2).

На схемата на Фиг. 1 са представени основните посоки на пренос на водата, но практически дълбочинната циркулация се осъществява повсеместно в дълбоките части на Световния океан. В крайбрежните места, където преобладаващите ветрове духат откъм сушата, почти постоянно протича ъпуелинг на води от дълбочина. Такива са Перуанското и Калифорнийското тихоокеански крайбрежия, атлантическите брегове край Конго и Ангола, районът на Западна Африка, южно от Сахара. Тези зони са най-богати на риба в света, понеже студената вода, която излиза от дълбочина, е богата на органични вещества, които са били утаени на океанското дъно. 

Установено е, че водите в дълбочинната циркулация се движат много бавно – едно пълно завъртане на „океанския конвейер“ отнема около 1000 години. Въпреки това, учените все повече са убедени, че тези движения на водата са с ключово значение за климата на Земята. При изплуването на подповърхностните течения в северната част на Гълфстрийм се отдават огромни количества топлина, която тези течения донасят от Индийския и Тихия океан (Anisimov et al., 2002), и това силно увеличава затоплящия ефект на самия Гълфстрийм. Термохалинната циркулация участва в усвояването на CO2 от атмосферата, като го „складира“ в дълбокия океан. Чрез нея става обмен на хранителни вещества, разтворен кислород и соли между всички океански басейни. 

В заключение, дълбочинната циркулация може да се приеме като едно от основните звена на водния кръговрат на Земята. Тя служи като гигантски конвеер за пренос на топлина и хранителни вещества между всички части на Световния океан. Опресняването на водите в района между Северния Атлантик и Северния ледовит океан в резултат на ускореното топене на ледовете може да забави постъпването на води през една от основните входни зони на тази планетарна система. Това може да има трудно предвидими последствия не само върху климата, но и върху природата като цяло.

Автор: Емил Гачев / Климатека

Емил Гачев е част от авторския екип на Климатека и доцент в катедра “География, екология и опазване на околната среда” към Природо-математическия факултет на Югозападния университет „Неофит Рилски“, като работи и в департамент „География“ към НИГГГ-БАН. Получава докторска степен по специалност “Ландшафтознание” през 2005 г. от ГГФ на СУ „Св. Климент Охридски“. Занимава се с научно-изследователска работа в сферите на геоморфологията (ледников и криогенен релеф), хидрологията (изследвания на планински езера), глациологията (съвременни ледникови микроформи) и климатичните промени в планините на България и Балканския полуостров. Преподавател е по хидрология, геология и ландшафтна екология в Югозападния университет „Неофит Рилски“ и в Университета по архитектура, строителство и геодезия (УАСГ).

В статията са използвани материали от:

  1. Гачев, Е. 2021. Води на Земята. УИ „Неофит Рилски“, Благоевград. 392 стр.
  2. Anisimov, M., Yu. Ivanov, M. Subbotina, 2002. The Global Oceanic Conveyor. Oceanology 42(5):615-618 
  3. Broecker, W., 1991. The Great Ocean Conveyor. Oceanography, 4/2. 79-89.
  4. https://earth.org/deep-ocean-currents-report/. Igini, M. 2023. Changing Deep Ocean Currents Due to Antarctic Melting Could Have Disastrous Impact on Climate: Report.
  5. Caesar, L., S. Rahmstorf, A. Robinson, G. Feulner, V. Saba, 2018. Observed fingerprint of a weakening Atlantic Meridional Overturning Circulation. Nature 556(7700). 191-195. 
  6. He, F., P. Clark, 2022. Freshwater forcing of the Atlantic Meridional Overturning Circulation revisited. Nature Climate Change, 12. 449–454.
  7. Igini, M. (2023, January 18). El Niño Will Push Global Temperatures ‘Off the Chart’ in 2023, Scientists Warn. Earth.Org. Retrieved February 24, 2023.
  8. Leffer, L. 2022. The Collapse of a Major Atlantic Current Would Cause Worldwide Disasters. https://gizmodo.com/
  9. Orihuela-Pinto, B., M. England, A. S. Taschetto, 2022. Interbasin and interhemispheric impacts of a collapsed Atlantic Overturning Circulation. Natura Climate Change, 41558.
  10. https://www.realclimate.org/. Real Climate. Prof. Stefan Rahmstorf: Ocean circulation, tipping points and the public climate debate (presentation).