Jeśli chodzi o reakcję oceanu na globalne ocieplenie, nie znajdujemy się na całkowicie niezbadanych wodach. Badanie przeprowadzone na Uniwersytecie Kalifornijskim w Riverside pokazuje, że epizody ekstremalnych upałów, które miały miejsce w przeszłości na Ziemi, spowodowały ograniczenie wymiany wód z powierzchni do głębin oceanu.
System ten został opisany jako „globalny pas przenośnika”, ponieważ redystrybuuje ciepło na całym świecie poprzez ruch wód oceanicznych, dzięki czemu duże obszary planety nadają się do zamieszkania.
Badanie opublikowane w Proceedings of the National Academy of Sciences, wykorzystując maleńkie, skamieniałe muszle wydobyte ze starożytnych osadów głębinowych, pokazuje, jak przenośnik taśmowy zareagował około 50 milionów lat temu. Klimat Ziemi przypominał wówczas warunki przewidywane do końca tego stulecia, jeśli nie zostaną podjęte znaczące działania w celu ograniczenia emisji gazów cieplarnianych.
Oceany odgrywają kluczową rolę w regulowaniu klimatu Ziemi. Przenoszą ciepłą wodę z równika w kierunku biegunów północnego i południowego, równoważąc temperatury planety. Bez tego systemu cyrkulacji w tropikach byłoby znacznie cieplej, a na biegunach znacznie zimniej. Zmiany w tym systemie są powiązane ze znaczącymi i gwałtownymi zmianami klimatycznymi.
Co więcej, oceany odgrywają kluczową rolę w usuwaniu antropogenicznego dwutlenku węgla z atmosfery. „Oceany są obecnie zdecydowanie największym zbiornikiem węgla na powierzchni Ziemi” – stwierdziła Sandra Kirtland Turner, wiceprzewodnicząca Wydziału Nauk o Ziemi i Planetach UCR oraz pierwsza autorka badania.
„Obecnie oceany zawierają prawie 40 000 miliardów ton węgla – ponad 40 razy więcej niż zawartość węgla w atmosferze. Oceany pochłaniają również około jednej czwartej antropogenicznej emisji CO2” – stwierdziła Kirtland Turner. „Jeśli cyrkulacja oceaniczna ulegnie spowolnieniu, absorpcja węgla do oceanu może również spowolnić, zwiększając ilość CO2 pozostającego w atmosferze”.
W poprzednich badaniach mierzono zmiany w cyrkulacji oceanicznej w niedawnej przeszłości geologicznej Ziemi, takie jak wyjście z ostatniej epoki lodowcowej; jednakże nie odzwierciedlają one poziomu CO2 w atmosferze ani ocieplenia zachodzącego obecnie na planecie. Inne badania dostarczają pierwszego dowodu na to, że cyrkulacja w głębokich oceanach, zwłaszcza na północnym Atlantyku, już zaczyna zwalniać.
Aby lepiej przewidzieć, jak cyrkulacja oceaniczna reaguje na globalne ocieplenie wywołane gazami cieplarnianymi, zespół badawczy przyjrzał się wczesnej epoce eocenu, trwającej około 49–53 milionów lat temu. Ziemia była wówczas znacznie cieplejsza niż obecnie, a ten wysoki poziom ciepła był przerywany skokami stężenia CO2 i temperatury zwanymi hipertermią.
W tym okresie głębina oceanu była nawet o 12 stopni Celsjusza cieplejsza niż obecnie. Podczas hipertermii oceany ogrzały się o dodatkowe 3 stopnie Celsjusza.
„Chociaż dokładna przyczyna zjawisk hipertermicznych jest przedmiotem dyskusji i miały one miejsce na długo przed pojawieniem się człowieka, zjawiska te są najlepszymi analogiami przyszłych zmian klimatycznych, jakie mamy” – stwierdziła Kirtland Turner.
Analizując maleńkie skamieniałe muszle z różnych lokalizacji na dnie morskim na całym świecie, badacze zrekonstruowali wzorce cyrkulacji w głębokich oceanach podczas tych zjawisk hipertermicznych. Muszle pochodzą od mikroorganizmów zwanych otwornicami, które można spotkać w oceanach świata, zarówno na powierzchni, jak i na dnie morskim. Mają mniej więcej wielkość kropki na końcu zdania.
„Gdy stworzenia budują swoje muszle, włączają elementy z oceanów i możemy zmierzyć różnice w chemii tych muszli, aby ogólnie zrekonstruować informacje o starożytnych temperaturach oceanów i wzorcach cyrkulacji” – powiedziała Kirtland Turner.
Same muszle wykonane są z węglanu wapnia. Izotopy tlenu w węglanie wapnia są wskaźnikami temperatury wody, w której rosły organizmy, oraz ilości lodu znajdującego się wówczas na planecie.
Naukowcy zbadali także izotopy węgla w muszlach, które odzwierciedlają wiek wody, w której zebrano muszle, lub czas izolowania wody od powierzchni oceanu. W ten sposób mogą zrekonstruować wzorce ruchu wód w głębokich oceanach.
Otwornice nie potrafią fotosyntezować, ale ich muszle wskazują na wpływ fotosyntezy innych pobliskich organizmów, takich jak fitoplankton. „Fotosynteza zachodzi tylko na powierzchni oceanu, więc woda, która niedawno znalazła się na powierzchni, ma sygnał bogaty w węgiel 13, który odbija się w muszlach, gdy woda opada do głębin oceanu” – powiedział Kirtland Turner.
„I odwrotnie, woda, która była odizolowana od powierzchni przez długi czas, zgromadziła stosunkowo więcej węgla-12, gdy pozostałości organizmów fotosyntetycznych opadają i rozkładają się. Zatem starsza woda zawiera stosunkowo więcej węgla-12 w porównaniu do „młodej” wody. “
Naukowcy często dokonują obecnie prognoz dotyczących cyrkulacji oceanicznej, korzystając z komputerowych modeli klimatycznych. Wykorzystują te modele, aby odpowiedzieć na pytanie: „jak zmieni się ocean w miarę ciągłego ocieplania się planety?” Zespół ten w podobny sposób wykorzystał modele do symulacji reakcji starożytnego oceanu na ocieplenie. Następnie wykorzystali analizę muszli otwornic, aby przetestować wyniki swoich modeli klimatycznych.
W eocenie w atmosferze znajdowało się około 1000 części na milion (ppm) dwutlenku węgla, co przyczyniło się do wysokich temperatur panujących w tamtej epoce. Dziś atmosfera utrzymuje się na poziomie około 425 ppm.
Jednak każdego roku człowiek emituje do atmosfery prawie 37 miliardów ton CO2; jeśli te poziomy emisji się utrzymają, pod koniec tego stulecia mogą wystąpić warunki podobne do wczesnego eocenu.
Dlatego Kirtland Turner twierdzi, że konieczne jest podjęcie wszelkich wysiłków w celu ograniczenia emisji.
„To nie jest sytuacja typu wszystko albo nic” – stwierdziła. „Każda, najmniejsza zmiana jest ważna, jeśli chodzi o emisję dwutlenku węgla. Nawet niewielka redukcja emisji CO2 przekłada się na mniejszy wpływ, mniejszą liczbę ofiar śmiertelnych i mniejsze zmiany w świecie przyrody”.