Alai

Wpływ na globalny klimat

Prądy powierzchniowe odgrywają ogromną rolę w klimacie Ziemi. Mimo że równik i bieguny mają bardzo różne klimaty, regiony te miałyby bardziej skrajnie różne klimaty, gdyby prądy oceaniczne nie przenosiły ciepła z regionów równikowych do wyższych szerokości geograficznych.

Prąd Zatokowy to rzeka ciepłej wody w Oceanie Atlantyckim, szeroka na około 160 kilometrów i głęboka na około kilometr. Woda, która wpływa do Prądu Zatokowego jest podgrzewana podczas podróży wzdłuż równika. Ciepła woda płynie następnie w górę wschodniego wybrzeża Ameryki Północnej i przez Ocean Atlantycki do Europy (rysunek poniżej). Energia przekazywana przez Prąd Zatokowy jest ogromna: ponad 100 razy większa niż światowe zapotrzebowanie na energię.

Ciepłe wody Prądu Zatokowego podnoszą temperaturę na Morzu Północnym, co powoduje wzrost temperatury powietrza nad lądem od 3 do 6oC (5 do 11oF). Na przykład Londyn, Wielka Brytania, znajduje się na tej samej szerokości geograficznej co Quebec w Kanadzie. Jednak średnia temperatura stycznia w Londynie wynosi 3,8oC (38oF), podczas gdy w Quebecu tylko -12oC (10oF). Ponieważ powietrze przemieszczające się nad ciepłą wodą w Prądzie Zatokowym zbiera dużo wody, w Londynie pada dużo deszczu. Dla kontrastu, Quebec jest znacznie bardziej suchy i otrzymuje opady w postaci śniegu.

Na obrazie satelitarnym temperatury wody w zachodnim Atlantyku łatwo wyróżnić Prąd Zatokowy, który przynosi cieplejsze wody z równika w górę wschodniej części Ameryki Północnej.

Prądy głębinoweKrążenie termohalinowe napędza cyrkulację w głębokich oceanach. Termo oznacza ciepło, a haline odnosi się do zasolenia. Różnice w temperaturze i zasoleniu zmieniają gęstość wody morskiej. Tak więc cyrkulacja termohalinowa jest wynikiem różnic gęstości mas wody z powodu ich różnej temperatury i zasolenia.

Jaka jest temperatura i zasolenie bardzo gęstej wody? Niższa temperatura i wyższe zasolenie dają najgęstszą wodę. Kiedy objętość wody jest schłodzona, cząsteczki poruszają się mniej energicznie, więc ta sama liczba cząsteczek zajmuje mniej miejsca i woda jest gęstsza. Jeśli sól jest dodawana do objętości wody, jest więcej cząsteczek w tej samej objętości, więc woda jest gęstsza.

Zmiany w temperaturze i zasoleniu wody morskiej zachodzą na powierzchni. Woda staje się gęstsza w pobliżu biegunów. Zimne powietrze polarne ochładza wodę i obniża jej temperaturę, zwiększając zasolenie. Świeża woda zamarza z wody morskiej, przekształcając się w lód morski, co również zwiększa zasolenie pozostałej wody. Ta bardzo zimna, bardzo słona woda jest bardzo gęsta i tonie. To tonięcie nazywane jest downwellingiem.

Ten wykład wideo omawia pionowe rozmieszczenie życia w oceanach. Gęstość wody morskiej tworzy prądy, które zapewniają różne siedliska dla różnych stworzeń (5d): http://www.youtube.com/watch?v=LA1jxeXDsdA (6:12).

Wtedy dzieją się dwie rzeczy. Gęsta woda wypycha głębszą wodę z drogi i ta woda porusza się po dnie oceanu. Ta głęboka woda miesza się z mniej gęstą wodą, gdy płynie. Prądy powierzchniowe przemieszczają wodę do przestrzeni zwolnionej na powierzchni, gdzie gęsta woda zatonęła (rysunek poniżej). Woda tonie również w głębokim oceanie u wybrzeży Antarktydy.

Zimna woda (niebieskie linie) tonie w północnym Atlantyku, płynie wzdłuż dna oceanu i wznosi się na Pacyfiku lub w Indiach. Następnie woda przemieszcza się w prądach powierzchniowych (czerwone linie) z powrotem do Północnego Atlantyku. Głęboka woda tworzy się również u wybrzeży Antarktydy.

Ponieważ nieograniczone ilości wody nie mogą opaść na dno oceanu, woda musi się gdzieś podnieść z głębi oceanu na powierzchnię. Proces ten nazywa się upwelling (rysunek poniżej).

Upwelling zmusza gęstszą wodę z dołu do zajęcia miejsca mniej gęstej wody na powierzchni, która jest odpychana przez wiatr.

Generalnie upwelling występuje wzdłuż wybrzeża, gdy wiatr silnie zdmuchuje wodę z dala od brzegu. To pozostawia pustkę, która jest wypełniona przez głęboką wodę, która podnosi się do powierzchni.

Upwelling jest niezwykle ważny tam, gdzie występuje. Podczas swojego czasu na dnie, zimna głęboka woda zebrała składniki odżywcze, które spadły w dół przez słup wody. Upwelling przynosi te składniki odżywcze na powierzchnię. Te składniki odżywcze wspierają wzrost planktonu i tworzą podstawę bogatego ekosystemu. Kalifornia, Ameryka Południowa, Afryka Południowa i Morze Arabskie korzystają z upwellingu na morzu.

Animacja upwellingu jest widoczna tutaj: http://oceanservice.noaa.gov/education/kits/currents/03coastal4.html.

Upwelling ma również miejsce wzdłuż równika pomiędzy Północnymi i Południowymi Prądami Równikowymi. Wiatry wieją wody powierzchniowe na północ i południe od równika, więc głęboka woda ulega upwellingowi. Składniki odżywcze wynurzają się na powierzchnię i podtrzymują wiele form życia w oceanach równikowych.

Podsumowanie lekcji

• Prądy powierzchniowe w oceanach są wytwarzane przez wiatry globalne, efekt Coriolisa i kształt każdego basenu oceanicznego.
• Oceany Spokojny i Atlantycki mają kolisty wzór prądów powierzchniowych zwanych gyrami, które krążą zgodnie z ruchem wskazówek zegara na półkuli północnej i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara na południowej. Ocean Indyjski ma tylko gyry przeciwne do ruchu wskazówek zegara.
• Powierzchniowa cyrkulacja oceaniczna przynosi ciepłe wody równikowe w kierunku biegunów i chłodniejsze wody polarne w kierunku równika.
• Krążenie termohalinowe napędza głębokie prądy oceaniczne.
• Upwelling zimnych, bogatych w składniki odżywcze wód tworzy bogate biologicznie obszary, w których wody powierzchniowe są wydmuchiwane z dala od brzegu lub w których wody równikowe są wydmuchiwane na zewnątrz.

Pytania sprawdzające

1. Co powoduje wzorce prądów powierzchniowych w oceanie?
2. Jak prądy powierzchniowe oceanu wpływają na klimat?
3. Co to jest efekt Coriolisa?
4. Jaki proces może sprawić, że głęboka, gęsta woda wypłynie na powierzchnię?
5. Dlaczego obszary upwellingu są ważne dla życia morskiego?

Dalsza lektura / Linki uzupełniające

• Learn About Ocean Currents, 5 min. Life Videopedia http://www.5min.com/Video/Learn-about-Ocean-Currents-117529352
• Program Ocean Explorer firmy NOAA http://oceanexplorer.noaa.gov/edu/welcome.html
• Samouczek dla klas 6-12 na temat prądów morskich od NOAA: http://oceanservice.noaa.gov/education/tutorial_currents/welcome.html
• Cool jobs: Oceanograf http://news.discovery.com/videos/cool-jobs-cool-jobs-oceanographer.html

Punkty do rozważenia

• Niektórzy naukowcy wysunęli hipotezę, że jeśli stopi się wystarczająca ilość lodu na Grenlandii, Prąd Zatokowy może zostać zamknięty. Dlaczego tak może się stać?
• Jeśli Prąd Zatokowy zostanie zamknięty, jaki będzie to miało wpływ na klimat w Europie?
• Jak ruchy wody oceanicznej przyczyniają się do życia w oceanie?