Syvästä merestä tarkennusta globaaliin lämpöbudjettiin

Syvän meren lämpötiloja tarkastelevassa tutkimuksessa on löydetty lämpenemistä 1990- ja 2000-lukujen aikana. Havaittu lämpeneminen on yleisesti voimakkaampaa etelässä ja näyttääkin siltä, että suuri osa syvään mereen kulkeutuvasta lämmöstä tulee etelän merien kautta. Löydöksellä on tärkeä merkitys globaalin energiabudjetin sekä merenpinnan korkeusarvioiden kannalta.


Halkileikkaus eräältä mittausreitiltä. Lämpötilanmuutos on esitetty eri värein.

Viime vuosikymmeninä maapallon ilmasto on lämmennyt. Tämä johtuu todennäköisesti kasvihuonekaasujen aiheuttamasta energian epätasapainosta ilmakehän päällä. Epätasapainosta aiheutuneesta energiasta noin 80 % on mennyt merien lämmittämiseen, joilla on suurempi lämpökapasiteetti kuin maalla tai ilmakehällä.

Merien lämpeneminen nostaa meren pintaa meriveden lämpölaajenemisen takia. Merien pintaa nostaa myös esim. mannerjäätiköistä sulanut vesi, kun se valuu mereen. Merien pinnan on raportoitu nousseen noin 3,1 millimetriä vuodessa vuosien 1993 ja 2003 välillä. Tästä noin puolet on arvioitu johtuvan meren lämpölaajenemisesta ja puolet massamuutoksista, kuten mannerjäätikköjen sulamisesta. Tarkasta jaosta lämpölaajenemisen ja massamuutosten välillä on kuitenkin erimielisyyksiä. Joissakin merenpinnan muutosten arvioissa on käytetty vain merien yläosien lämpötiloja, jolloin ne eivät ole täsmänneet tai niissä on ollut hyvin suuria epävarmuustekijöitä. Joissakin toisissa tutkimuksissa on käytetty puutteellisia syvän meren lämpötila-arvioita.

Merien hidas lämpeneminen hidastaa myös maapallon pintalämpötilan reagointia kasvihuonekaasujen aiheuttamaan lämmitysvaikutukseen. Vaikka kasvihuonekaasujen määrät pidettäisiin tasaisena, meret lämpenesivät vielä vuosisatojen ajan. Syvään mereen menevän lämpövirran määrä vaikuttaa suoraan ilmastoherkkyyteen. Tämä lämpövirta vaihtelee eri malleissa huomattavasti. Syvään mereen menevän lämpövirran epävarma tuntemus saattaa olla suurin tekijä, joka aiheuttaa vaihtelua eri mallien projektioiden välillä. Tämän vuoksi olisi tärkeää saada syvään mereen menevästä lämpövirrasta parempi selvyys.

Syvän meren vesi vaihtuu korkeilla leveysasteilla tiheän veden vajotessa pohjaan. Pohjois-Atlantilla tämä tapahtuu Grönlannin- ja Labradorinmerellä. Etelässä se tapahtuu etelämantereen tuntumassa Weddellin- ja Rossinmerellä sekä Adélierannikon edustalla. Etelämantereen lähistöltä on tehty joitakin havaintoja syvän meren lämpenemisestä. Lisäksi lähempää pintaa etelän meret ovat ilmeisesti lämmenneet viime vuosikymmeninä nopeammin kuin maailman meret keskimäärin.

Sarah Purkey ja Gregory Johnson, kaksi tutkijaa Yhdysvaltojen Seattlesta, ovat arvioineet syvän meren lämpötilakehitystä maailmanlaajuisesti, mutta keskittyen erityisesti etelän merien rooliin asiassa. Maailmanlaajuisesti tarkasteltiin yli 4000 metrin syvyyksiä ja etelän merissä tarkasteltiin 1000-4000 metrin syvyyksiä.

Syvän meren lämpötilamittaukset on enimmäkseen tehty laivoilta. Purkeyn ja Johnsonin tutkimukseen kelvollista mittaustietoa löytyy 1990-luvulta lähtien. Tuoreimmat tässä tutkimuksessa käytetyt mittaukset on tehty tämän vuoden helmikuussa. Mittauksia ei ole tehty merien joka osassa tasaisesti, vaan mittaukset on tehty merien halkileikkauksista tiettyjä reittejä myöten (tässä tutkimuksessa käytettiin 28:aa mittausreittiä). Näillä halkileikkausreiteillä mittauksia on suoritettu runsaasti niin, että meri on mitattu niiden osalta hyvin sekä koko reitin matkalta (yleensä vähintään 55 kilometrin välein) että pystysuunnassa eri syvyyksiltä (pinnasta pohjaan). Reittien mittausväli ajallisesti on joidenkin reittien osalta kuitenkin harmittavan suuri. Esimerkiksi eräällä reitillä mittaukset suoritettiin vuonna 1981 ja seuraavan kerran vuonna 2010. Toisaalta eräällä reitillä mittaukset suoritettiin parhaimmillaan kolmen vuoden välein.

Mittauksista laskettiin lämpeneminen 24:lle syvänteelle. Lisäksi etelän merille laskettiin yhteinen lämpenemisarvo. Jokaiselle syvänteelle arvioitiin havaitun lämpenemisen edellyttämä lämpövuo sekä vaikutus merenpinnan korkeuteen. Lopuksi tehtiin globaali arvio lämpenemisen edellyttämästä lämpövuosta ja vaikutuksesta merenpinnan korkeuteen.

Monissa syvänteissä lämpeneminen alkaa poiketa merkittävästi nollasta noin 4000 metriä syvemmällä. Tämän vuoksi globaalin lämpövuon ja merenpinnan korkeuden arvioon on valittu 4000 metriä ja siitä syvemmät vedet. Etelän merissä on kuitenkin eri tilanne. Siellä näkyy lämpenemistä ylempänä ja sieltä valittiin syvyydet 1000-4000 metriä.

Etelämantereen lähivesiltä kulkeutuvan lämmön vaikutus näkyy Atlantilla selvästi. Ne syvänteet, joille etelän merien vaikutus ulottuu, näyttävät tilastollisesti merkitsevää lämpenemistä. Läntisellä Pohjois-Atlantilla etelän merien vaikutus on jo heikko ja siellä lämpeneminen ei enää poikkea selvästi nollasta. Itäisella Atlantilla syvänteisiin vaikuttaa Pohjois-Atlantilta tulevat virtaukset ja siellä syvänteet näyttävät jopa hiukan viilenneen. Kaikista pohjoisin syvänne on ainoa, joka näyttää tilastollisesti merkitsevää viilenemistä.

Intian valtameressä on sekä lämmenneitä että viilenneitä syvänteitä, mutta viilenneissä syvänteissä viileneminen ei ole kuitenkaan ollut tilastollisesti merkitsevää. Myös Intian valtameressä lämpenemisen määrä näyttää vähenevän kauempana etelän meristä.

Atlantista ja Intian valtamerestä poiketen Tyynellä valtamerellä eniten lämmenneet syvänteet sijaitsevat keskellä. Lisäksi Tyynellä valtamerellä melkein kaikki syvänteet ovat lämmenneet – ainoastaan yhdessä syvänteessä havaitaan viilenemistä, joka sekään ei ole tilastollisesti merkitsevää. Lämpenemisen määrä Tyynellä valtamerelläkin on voimakkaampaa etelässä ja laskee pohjoista kohti.

Tämän tutkimuksen mukaan etelän merien syvyyksien lämpeneminen (siis syvyydellä 1000-4000 metriä) edellyttää lämpövuota, joka on suuruudeltaan 0,91 wattia per neliömetri. Tämä arvio on paikallinen etelän merien alueella. Merenpinnan korkeuteen etelän merien lämpeneminen näyttäisi vaikuttavan 0,87 millimetriä vuodessa. Tämäkin on paikallinen arvio. Jos huomioidaan lisäksi 4000 metriä syvemmällä tapahtunut lämpeneminen, niin etelän merien lämpenemisen edellyttämä lämpövuo olisi noin 1 watti per neliömetri ja vaikutus merenpinnan korkeuteen olisi noin 1 millimetri vuodessa.

Globaalissa analyysissä etelän merien vaikutus on huomattava. Syvyyksillä 1000-4000 metriä melkein koko lämpeneminen tapahtuu etelän merissä. Globaalin syvän meren lämpeneminen 4000 metriä suuremmilla syvyyksillä edellyttää lämpövuota suuruudeltaan 0,027 wattia per neliömetri. Etelän merien lämpeneminen syvyyksillä 1000-4000 metriä edellyttää lisäksi 0,068 wattia per neliömetri globaalia lämpövuota. Kokonaislämpövuo näistä on siis 0,095 wattia per neliömetri (tässä arvossa epävarmuus on kuitenkin ±0,062 wattia per neliömetri). Globaali lämpövuo on laskettu normaalikäytännön mukaisesti koko maapallon alueelle, eikä pelkästään merien alueelle. Samaan tapaan syvien merien lämpenemisen vaikutus globaalin merenpinnan korkeuteen on 0,145 (±0,083) millimetriä vuodessa.

Tutkimuksessa laskettiin myös lämpövuot syvemmältä kuin 3000 metriä (0,068 wattia per neliömetri) ja 2000 metriä (0,053 wattia per neliömetri). Nämä siksi, että voidaan arvioida tilannetta aiempiin tutkimuksiin, joissa syvin analyysi on rajoittunut 3000 metriin ja nykyään käytössä oleva Argo-verkosto rajoittuu 2000 metrin syvyydelle. Kun arviossa huomioidaan myös etelän merien lisälämpö 1000 metriä syvemmällä, tämän tutkimuksen kokonaistulos lämpövuon osalta on noin 0,1 wattia per neliömetri (kokonaislämpövuo on melkein sama sekä 2000:n, 3000:n ja 4000:n metrin tapauksissa). Aikaisempien tutkimuksien perusteella tässä tutkimuksessa löydetty lisälämpö aiheuttaisi noin 16 %:n lisäyksen maailman merien lämpövuohon.

Muualla kuin etelän merissä lämpeneminen on samaa luokkaa kuin maapallon sisuksista tuleva geoterminen lämpö, mutta geotermisen lämmön oletetaan olevan vakaa, eikä se niin ollen aiheuttaisi lämpenemistä. On kuitenkin mahdollista, että syvällä olevat merivirtaukset hidastuvat, jolloin myös geoterminen lämpö voisi osaltaan vaikuttaa lämpenemiseen.

Näyttäisi siis siltä, että maailman syvien merien lämpenemisessä etelän merillä on suuri merkitys. Lämpeneminen oletettavasti tapahtuu pääasiassa niin, että lämpimämpi pintavesi painuu syvään mereen etelämantereen lähivesissä ja kulkeutuu merivirtojen mukana sitten muualle. Tämä lämpeneminen on aiemmin ollut huonosti tunnettu, joten tämän tutkimuksen myötä erityisesti merien, mutta myös koko maapallon lämpöbudjetti tarkentuu.

Lähde: Sarah G. Purkey and Gregory C. Johnson, Warming of Global Abyssal and Deep Southern Ocean Waters Between the 1990s and 2000s: Contributions to Global Heat and Sea Level Rise Budgets, Journal of Climate 2010, doi: 10.1175/2010JCLI3682.1. [tiivistelmä, koko artikkeli]

Aikaisempi uutisemme aiheesta: Meren vaikutus ilmaston lämpenemiseen (6.4.2010).

Mainokset

Yksi vastaus to “Syvästä merestä tarkennusta globaaliin lämpöbudjettiin”

  1. Ari Jokimäki Says:

    NOAA on juuri julkaissut lehdistötiedotteen tästä tutkimuksesta:

    http://www.noaanews.noaa.gov/stories2010/20100920_oceanwarming.html


Vastaa

Täytä tietosi alle tai klikkaa kuvaketta kirjautuaksesi sisään:

WordPress.com-logo

Olet kommentoimassa WordPress.com -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Twitter-kuva

Olet kommentoimassa Twitter -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Facebook-kuva

Olet kommentoimassa Facebook -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Google+ photo

Olet kommentoimassa Google+ -tilin nimissä. Log Out / Muuta )

Muodostetaan yhteyttä palveluun %s

%d bloggers like this: