Syvän meren lämpölaajeneminen – puuttuva palapelin osa merenpinnan nousussa

Mitattu merenpinnan nousu on ollut toistaiseksi vaikea selittää kokonaan. Havaintojen perusteella tiedetään, että osa noususta johtuu merten pintaosien lämpölaajenemisesta ja osa johtuu jäätiköiden sulamisvesien lisätessä merten vesimassaa. Osa jää kuitenkin selittämättä. Uuden tutkimuksen mukaan selitys löytyy syvän meren lämpölaajenemisesta. Lämpeneminen ei ole syvässä meressä erityisen voimakasta, mutta syvän meren suuren tilavuuden takia pienikin lämpeneminen nostaa meren pintaa huomattavasti.


Syvän meren lämpölaajeneminen.

Merenpinnan nousu on asia, johon ilmastonmuutoksen yhteydessä on kiinnitetty kovasti huomiota, koska se saattaa uhata maailman matalilla alueilla asuvaa väestöä tulevaisuudessa. Satelliittimittausten mukaan vuoden 1993 jälkeen maapallon keskimääräinen merenpinta on noussut hieman yli kolme millimetriä vuodessa.

Teoriassa merenpinnan nousu pitäisi olla selitettävissä meren lämpenemisen aiheuttamalla meriveden lämpölaajenemisella ja maailman jäävarantojen sulamisesta aiheutuvalla juoksevan veden määrän lisäyksellä. Meren yläosien (0 – 700 metriä pinnasta) lämpölaajeneminen on arvioitavissa meren lämpöprofiilin mittauksista, jotka tehdään tähän tarkoitukseen suunniteltujen mittauspoijujen avulla. Näistä mittauksista arvioitu merenpinnan nousu on vuoden 1993 jälkeen noin 1,2 millimetriä vuodessa.

Satelliitin avulla tehtävien painovoimamittauksien perusteella maailman merien vesimassan lisäys on aiheuttanut vuotuisen 0,85 millimetrin merenpinnan nousun vuoden 2002 jälkeen. Satelliittien avulla tehtävien painovoimamittauksien perusteella arvioitu vesimassan lisäyksen aiheuttaman merenpinnan nousun ja meren lämpölaajenemisen aiheuttaman merenpinnan nousun summan tulisi täsmätä satelliiteista mitattuun merenpinnan nousuun. Edellä esitetyt luvut eivät täsmää (1,2 mm/vuosi + 0,85 mm/vuosi = 2,05 mm/vuosi, kun merenpinnan nousuksi on mitattu noin 3,1 mm/vuosi). Aiemmissa tutkimuksissa on kuitenkin saatu nämä melko lähelle toisiaan, kun huomioidaan mittausvirheet ja muut epävarmuudet.

Aiemmista tutkimuksista ja edellä esitetyistä mittaustuloksista kuitenkin puuttuu syvän meren tilanne. Viimeaikaisissa tutkimuksissa on havaittu, että merien syvät osat lämpenevät. Lisäksi on saatu uutta tietoa, jonka perusteella aiemmat käsitykset lämmön hitaasta kulkeutumisesta syvään mereen saattavat osoittautua vääräksi. Onkin mahdollista, että lämmön kulkeutuminen syvään mereen saattaa tapahtua vuosikymmenien aikaskaalalla, kun aiemmin on oletettu sen tapahtuvan vuosisatojen aikaskaalassa.

Syvän meren lämpötilojen havainnot ovat kuitenkin olleet toistaiseksi liian vähäisiä, jotta niiden avulla voitaisiin kunnolla arvioida vaikutusta merenpinnan nousuun. Lisäksi alueellisiin merien lämpösisältöihin ja merenpinnan muutoksiin on toistaiseksi kiinnitetty vähemmän huomiota, vaikka joillakin alueilla merenpinnan taso saattaa poiketa jopa muutamia desimetrejä maailman merien keskimääräisestä pinnasta.

Merimallit ovat olleet tärkeä työkalu merenpinnan muutoksien ja merien lämpösisällön määrittelyssä. Useimmissa merimalleissa kuitenkin pidetään meren tilavuus vakiona, jolloin ne eivät pysty simuloimaan lämpenemisen aiheuttamaa lämpölaajenemista ilman tähän tarkoitukseen kehitettyä korjausta (Boussinesq-korjaus). Kyseinen korjaus tehdään kuitenkin kaikkialla samalla tavalla, joten korjauksenkaan jälkeen mallit eivät välttämättä anna oikeaa tulosta paikallisesti, vaikka tulos globaalisti olisikin hyvä.

Uudessa tutkimuksessa on pyritty parantamaan merenpinnan paikallisia arvioita. Tutkimuksessa käytettiin satelliiteista mitattuja merenpinnan muutoksia, satelliiteilla tehtyjä painovoimamittauksia ja merien pintaosien (0 – 700 m) lämpölaajenemisen mittauksia. Käytetyt mittaukset arvioitiin huolellisesti, koska mittausten tarkka tuntemus auttaa arvioimaan mallien ongelmia. Lisäksi tehtiin mallisimulaatioita, joissa ei käytetty Boussinesq-korjausta, eikä myöskään oletettu meren tilavuutta vakioksi.

Painovoimamittaukset ovat peräisin GRACE-satelliitista, mutta mittauksiin on tehty joitakin korjauksia. GRACEn mittausdatan perusteella tehtyihin merien massan määrityksiin sisältyy paljon epävarmuuksia. Esimerkiksi rannikkoalueilla läheiset maa-alueet häiritsevät mittausta. Painovoimamittauksiin vaikuttavat lisäksi myös maankuoren liikkeet, kuten jääkaudesta palautuminen ja suurten maanjäristysten aiheuttamat kiviaineksen siirtymät. Painovoimamittauksiin sisältyy myös monia muita virhelähteitä.

Merien pintaosien lämpölaajenemisen arviot perustuvat CTD-, XBT- ja Argo-projektien mittausdataan. Merenpinnan muutoksien satelliittimittaukset otettiin monesta eri projektista (TOPEX/Poseidon, Jason-1, ERS-1 ja EVISAT).

Merien pintaosien lämpölaajenemisen ja merenpinnan muutoksien mittaussarjoissa näkyvät vuotuiset vaihtelut täsmäävät hyvin toisiensa kanssa. Tästä on pääteltävissä, että suurin osa merenpinnan vuotuisesta vaihtelusta aiheutuu meren pintaosien lämpölaajenemisesta. Näiden kahden mittaussarjan välillä on kuitenkin suuria alueellisia eroja. Yleisesti ottaen paikalliset vaihtelut ovat suurempia meren pintaosien lämpölaajenemisen mittaussarjassa kuin merenpinnan muutoksien mittaussarjassa. Myös kaikkia kolmea mittaussarjaa vertailtaessa alueelliset erot ovat huomattavia. Erot ovat niin merkittäviä, että ne vihjaavat jonkun merenpinnan muutoksiin vaikuttavan tekijän puuttuvan.

Mallisimulaatioissa vuotuiset vaihtelut täsmäävät myös hyvin satelliiteista mitattujen merenpinnan vuotuisten vaihtelujen kanssa. Pitempiaikaisissa muutoksissa näkyy kuitenkin alueellisia eroja mallisimulaatioiden ja havaintojen välillä. Mallisimulaatioiden tuottamat vastineet satelliittien painovoimamittauksille eroavat havainnoista vuotuisten vaihteluiden ja pitempiaikaisten muutoksien osalta. Merien pintaosien lämpölaajenemisen vuotuiset vaihtelut vastaavat mallisimulaatioissa hyvin havaintoja, mutta pitempiaikaisissa muutoksissa vastaavuus on huonompi. Kokonaisuutena vuotuiset vaihtelut näkyvät mallisimulaatioissa hyvin havaintoja vastaavalla tavalla, mikä sopii hyvin siihen mittaussarjojen analysoinnista saatuun johtopäätökseen, että merien pintaosien vuotuiset lämpövaihtelut selittävät hyvin vuotuiset vaihtelut merenpinnan tasossa.

Mallisimulaatioiden vertailussa painovoimamittausten ja merenpinnan korkeuden mittauksiin saadaan hyvä vastaavuus sekä globaalisti että alueellisesti eri valtamerien alueella. Meren pintaosien lämpölaajeneminen vastaa myös mallisimulaatioissa havaintoja globaalisti ja alueellisesti, paitsi että vuoden 2004 jälkeen mallisimulaatio alkaa näyttää enemmän lämpenemistä kuin havainnot. Tämä saattaa selittyä tunnetulla merien lämpösisällön mittauksiin liittyvillä ongelmilla, joita ei ole vielä kyetty täysin korjaamaan.

Mallisimulaatioissa näkyy myös syvemmän meren (yli 700 metriä pinnasta) lämpölaajeneminen. Syvän meren lämpölaajenemisen vuotuinen vaihtelu on erittäin pientä. Simulaatioissa näkyy tilastollisesti merkitsevää lämpölaajenemista syvässä meressä pitemmällä aikavälillä. Syvän meren lämpölaajeneminen on jopa nopeampaa kuin merien pintaosien lämpölaajeneminen. Tämä viittaa siihen, että syvästä merestä pitäisi löytyä lämpenemistä. Mallisimulaatioiden mukaan näin pitäisi olla erityisesti Pohjois-Atlantilla ja Etelämantereen lähivesissä. Lämpenemisen piirteet näyttävät lisäksi liittyvän merivirtauksiin.

Tämä mallisimulaatioissa näkyvä syvän meren lämpeneminen saattaa tarjota ratkaisun sille, miksi merenpinnan korkeuden eri mittauksia ei saada sopimaan yhteen. Jotta tilannetta voidaan arvioida, on katsottava miten mallisimulaatioiden tulokset vastaavat olemassa olevia syvän meren mittauksia ja lisäksi mallisimulaatioiden syvän meren tuloksien yhdessä painovoimamittausten ja meren pintaosien lämpölaajenemismittausten kanssa pitäisi antaa yhtenevä tulos merenpinnan korkeusmittauksien kanssa.

Mallisimulaatioiden syvän meren tuloksia vertailtiin kahteen mittauksiin perustuvaan syvän meren lämpötila-analyysiin. Mallisimulaation tulokset vastaavat havaintoja melko hyvin. Joitakin pieniä eroja kuitenkin on. Esimerkiksi Atlantin valtameressä saadaan lämpötilan syvyysprofiilissa havaintoja vastaava huippuarvo lämpötilalle, mutta huippuarvo havainnoissa esiintyy noin 5000 metrin syvyydessä, kun se mallisimulaatiossa esiintyy noin 3000 metrin syvyydessä. Myös verrattaessa mallisimulaatioita merien eri syvänteistä mitattuihin lämpötilamuutoksiin, mallien tulokset vastaavat hyvin havaintoja (tosin tässäkin tapauksessa myös joitakin eroja on). Mallisimulaatiot antavat myös aiempia tutkimuksia tukevan tuloksen, että meren syvimpien osien lämpeneminen on suurimmillaan Etelämantereen lähivesissä (kts. aiempi uutinen aiheesta).

Mallisimulaatiot antavat syvän meren lämpölaajenemisesta aiheutuvaksi merenpinnan nousuksi 1,1 millimetriä vuodessa. Kun tämä yhdistetään merien pintaosien lämpölaajenemisen havainnoista saatuun 1,2 millimetriin vuodessa ja painovoimamittauksista saatuun massalisäyksen aiheuttamaan 0,85 millimetriin vuodessa, saadaan tulokseksi 3,15 millimetriä vuodessa, joka täsmää havaittuun 3,11 millimetriin vuodessa melko hyvin.

Tässä yhteydessä on huomattava, että meren tilavuudesta suurin osa (82 %) on yli 700 metrin syvyydessä. Siksi vähäinenkin lämpeneminen syvässä meressä nostaa merenpintaa paljon. Havaintojen mukaan merien pintaosat ovat lämmenneet pientä lyhytaikaista vaihtelua lukuun ottamatta jo usean vuosikymmenen ajan. Niin pitkäaikainen lämpeneminen vaikuttaa ennen pitkää myös syvässä meressä. Valitettavasti syvän meren lämpötilamittaukset ovat toistaiseksi olleet hyvin vähäisiä, joten syvän meren tilannetta joudutaan arvioimaan ainakin osittain mallien avulla.

Lähde: Song, Y. T., and F. Colberg (2011), Deep ocean warming assessed from altimeters, Gravity Recovery and Climate Experiment, in situ measurements, and a non-Boussinesq ocean general circulation model, J. Geophys. Res., VOL. 116, C02020, 16 PP., 2011, doi:10.1029/2010JC006601. [tiivistelmä]

Advertisements

Yksi vastaus to “Syvän meren lämpölaajeneminen – puuttuva palapelin osa merenpinnan nousussa”

  1. Ari Jokimäki Says:

    Tässä samoja aiheita sivuava juuri julkaistu tutkimus:

    Regional distribution of steric and mass contributions to sea level changes

    Tiivistelmä:
    The contributing factors to regional sea level variability have been explored for the period 2004–2008 based on altimetry observations, hydrographic data and GRACE measurements. The regional averaged annual cycle of the mass contribution to sea level is shown to be highly unsteady. When compared with steric-corrected altimetry, both signals are coherent, though in some regions the coherence analysis is limited by the use of interpolated hydrographic data and in the equatorial regions it is limited by the low signal-to-noise ratio of GRACE data. The closure of regional sea level budgets depends mainly on the GIA correction chosen. A reconstructed global sea level field (with the atmospheric signal eliminated) spanning the second half of the 20th century together with historical hydrographic observations are used to infer the regional mass contribution to sea level rise for the last decades. Results indicate that mass addition from continental ice is the major contributor to regional mean sea level rise for the last decades. In addition, the spatial patterns of mass rates of change point at Greenland as the main source of fresh water input.


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: