Από πού προέρχεται η θερμότητα των ωκεανών;
Η ροή θερμότητας του φλοιού συνήθως παραβλέπεται στις συζητήσεις για το περιεχόμενο θερμότητας των ωκεανών.
*του Dr. Matthew Wielicki*
Καταρχάς, γνωρίζουμε πραγματικά τη θερμοκρασία και συνεπώς την περιεκτικότητα σε θερμότητα του ωκεανού;
Ο ωκεανός είναι απέραντος και καλύπτει το ~70% της επιφάνειας της Γης, καθιστώντας τον το μεγαλύτερο σύστημα στον πλανήτη. Παρά το μέγεθός του, μόνο ένα μικρό τμήμα του ωκεανού έχει εξερευνηθεί και χαρτογραφηθεί λεπτομερώς.
Υπολογίζεται ότι μέχρι σήμερα έχουν χαρτογραφηθεί και εξερευνηθεί < 20% των ωκεανών του κόσμου. Αυτό οφείλεται σε μεγάλο βαθμό στις δυσκολίες και τις προκλήσεις που σχετίζονται με την εξερεύνηση των ωκεανών, όπως η υψηλή πίεση και τα ακραία περιβάλλοντα που βρίσκονται στα βαθιά του ωκεανού, καθώς και το υψηλό κόστος των ερευνητικών σκαφών, του εξοπλισμού και της τεχνολογίας.
Το μεγαλύτερο μέρος του ωκεανού που έχει εξερευνηθεί λεπτομερώς βρίσκεται κοντά στις ακτές ή σε ρηχά νερά, όπου είναι πιο προσιτό σε ερευνητικά σκάφη και εξοπλισμό, αλλά συνήθως μακριά από τις πηγές θερμότητας των κορυφογραμμών του μέσου ωκεανού. Ο βαθύς ωκεανός, που αποτελεί το μεγαλύτερο μέρος του όγκου του ωκεανού, παραμένει σε μεγάλο βαθμό ανεξερεύνητος, με λιγότερο από το 5% του πυθμένα του ωκεανού να έχει χαρτογραφηθεί σε υψηλή ανάλυση.
Οι πρόοδοι στην τεχνολογία, όπως τα υποθαλάσσια drones και τα υποβρύχια, συμβάλλουν στη βελτίωση της κατανόησής μας για τον ωκεανό και τα οικοσυστήματα του και είναι πιθανό ότι οι γνώσεις μας για τον ωκεανό θα συνεχίσουν να επεκτείνονται τις επόμενες δεκαετίες.
Οι μετρήσεις θερμοκρασίας στον ωκεανό γίνονται συνήθως με τη χρήση διαφόρων οργάνων. Αυτά τα όργανα μπορούν να αναπτυχθούν από ερευνητικά σκάφη ή από αγκυροβολημένες ή παρασυρόμενες σημαδούρες και συλλέγουν δεδομένα θερμοκρασίας σε διαφορετικά βάθη σε όλο τον ωκεανό.
Η ποσότητα του ωκεανού που μετράται για τη θερμοκρασία ποικίλλει ανάλογα με τη μέθοδο μέτρησης και τους συγκεκριμένους στόχους της έρευνας. Ωστόσο, εκτιμάται ότι σε σημαντικά λιγότερο από το 10% των ωκεανών του κόσμου έχει γίνει ποτέ δειγματοληψία για θερμοκρασίες σε βάθη μεγαλύτερα από 2.000 μέτρα.
Παρά τη σχετικά περιορισμένη κάλυψη των μετρήσεων θερμοκρασίας στα βαθιά του ωκεανού, υπάρχουν συνεχείς προσπάθειες για τη βελτίωση της κατανόησης της δομής και της μεταβλητότητας της θερμοκρασίας του ωκεανού. Για παράδειγμα, το πρόγραμμα Argo αναπτύσσει χιλιάδες αυτόνομους πλωτήρες, που μετρούν τη θερμοκρασία και άλλες ωκεανογραφικές μεταβλητές σε όλους τους ωκεανούς του κόσμου.
Το πρόγραμμα Argo είναι ένα παγκόσμιο δίκτυο ρομποτικών πλωτήρων που μετρούν τη θερμοκρασία, την περιεκτικότητα σε αλάτι και άλλες ιδιότητες του ωκεανού. Αυτοί οι πλωτήρες, που αναπτύσσονται από πλοία και παρασύρονται από τα ωκεάνια ρεύματα, παρέχουν δεδομένα σε πραγματικό χρόνο για την κατάσταση του ωκεανού και τη μεταβλητότητά του, τα οποία χρησιμοποιούνται για την κλιματική έρευνα, την πρόγνωση του καιρού και τις ωκεανογραφικές μελέτες.
Ο στόλος του Argo αποτελείται αυτήν τη στιγμή από περισσότερα από 4.000 πλωτήρες που αναπτύσσονται σε όλους τους ωκεανούς του κόσμου καλύπτοντας όλες τις ωκεάνιες λεκάνες, από τις πολικές έως τις τροπικές περιοχές. Εκτός από τις σημαδούρες, υπάρχουν περίπου 2 χιλιάδες άλλοι σταθμοί μέτρησης. Ας υποθέσουμε ότι κάθε μέτρηση είναι ακριβής σε διάμετρο 1km γύρω από το σημείο της μέτρησης. Αυτό είναι το 0,0001% της επιφάνειας του ωκεανού που μετριέται με ακρίβεια για τη θερμοκρασία.
Παρά τα περιορισμένα αυτά δεδομένα, οι επιστήμονες του κλίματος ισχυρίζονται ότι η περιεκτικότητα σε θερμότητα των ωκεανών αυξάνεται.
Λοιπόν, από πού προέρχεται η θερμότητα των ωκεανών;
Η θερμότητα προστίθεται στον ωκεανό μέσω του φλοιού, κυρίως μέσω μιας διαδικασίας που ονομάζεται υδροθερμική κυκλοφορία, η οποία συμβαίνει όταν το θαλασσινό νερό εισχωρεί σε ρωγμές στον πυθμένα του ωκεανού και θερμαίνεται από το μάγμα και τα θερμά πετρώματα κάτω από τον φλοιό. Το θερμαινόμενο νερό στη συνέχεια ανεβαίνει πίσω στην επιφάνεια, μεταφέροντας μαζί του θερμότητα και μεταλλικά στοιχεία.
Υπολογίζεται ότι οι υδροθερμικοί αεραγωγοί προσθέτουν περίπου 200-400 τεραβάτ θερμότητας στον ωκεανό, που ισοδυναμεί με τη θερμότητα που παράγεται από περίπου 4-8 εκατομμύρια σταθμούς ηλεκτροπαραγωγής μέσου μεγέθους. Ωστόσο, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι αυτή η θερμότητα δεν κατανέμεται ομοιόμορφα σε όλο τον ωκεανό και συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένες περιοχές, όπου υπάρχουν υδροθερμικοί αεραγωγοί.
Επιπλέον, αξίζει να σημειωθεί ότι ενώ η υδροθερμική κυκλοφορία είναι μια σημαντική πηγή θερμότητας για τον ωκεανό, δεν είναι η μόνη. Ο ήλιος παρέχει επίσης σημαντική ποσότητα θερμότητας μέσω της ηλιακής ακτινοβολίας, η οποία οδηγεί τα ωκεάνια ρεύματα και συμβάλλει στον συνολικό προϋπολογισμό θερμότητας του ωκεανού.
Η ποσότητα θερμότητας που προστίθεται στον ωκεανό μέσω του Ήλιου ποικίλλει ανάλογα με διάφορους παράγοντες, όπως η ώρα της ημέρας, το γεωγραφικό πλάτος, η εποχή, η κάλυψη από νέφη και οι ατμοσφαιρικές συνθήκες. Ωστόσο, κατά μέσο όρο, ο Ήλιος υπολογίζεται ότι προσθέτει περίπου 168 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο θερμότητας στην επιφάνεια της Γης.
Σημαντικό μέρος αυτής της ηλιακής ενέργειας απορροφάται από τους ωκεανούς, οι οποίοι αποθηκεύουν μεγάλη ποσότητα θερμότητας, λόγω της υψηλής θερμικής τους ικανότητας. Ενώ ο Ήλιος είναι μια κύρια πηγή θερμότητας για τον ωκεανό, αξίζει να σημειωθεί ότι άλλοι παράγοντες συμβάλλουν επίσης στη θέρμανση και ψύξη των ωκεανών, συμπεριλαμβανομένων των ωκεανικών ρευμάτων, των ανέμων και των ατμοσφαιρικών διεργασιών. Επιπλέον, αλλαγές στην ποσότητα της ηλιακής ακτινοβολίας που φθάνει στην επιφάνεια της Γης, όπως αυτές που προκαλούνται από διακυμάνσεις στην τροχιά και την κλίση της Γης, μπορούν επίσης να επηρεάσουν την ποσότητα θερμότητας που προστίθεται στον ωκεανό για μεγάλα χρονικά διαστήματα.
Η ποσότητα θερμότητας που έχει προστεθεί στον ωκεανό ως αποτέλεσμα των αυξανόμενων συγκεντρώσεων διοξειδίου του άνθρακα (CO2) της ατμόσφαιρας, αναφέρεται συνήθως ως “απορρόφηση θερμότητας των ωκεανών” ή “περιεκτικότητα σε θερμότητα των ωκεανών”. Αυτή είναι η ποσότητα θερμικής ενέργειας που έχει απορροφήσει ο ωκεανός από την ατμόσφαιρα, λόγω του αυξημένου φαινομένου του θερμοκηπίου που προκαλείται από την αύξηση των επιπέδων CO2.
Σύμφωνα με την IPCC, ο ωκεανός έχει απορροφήσει περισσότερο από το 90% της υπερβάλλουσας θερμότητας που έχει παγιδευτεί στο κλιματικό σύστημα της Γης, ως αποτέλεσμα των ανθρώπινων δραστηριοτήτων από τη δεκαετία του 1970. Αυτή η πρόσληψη θερμότητας από τους ωκεανούς εκτιμάται ότι είναι περίπου 0,5-1 Watt ανά τετραγωνικό μέτρο της επιφάνειας της Γης, κατά μέσο όρο, κατά την περίοδο από το 1971 έως το 2018.
Συνοπτικά, η θερμότητα που εισέρχεται στους ωκεανούς είναι ένα περίπλοκο μείγμα φαινομένων του γήινου φλοιού, του ήλιου και της ατμόσφαιρας και τα περιορισμένα δεδομένα μας σημαίνουν ότι δεν γνωρίζουμε πού και σε ποιες αναλογίες η θερμότητα εισέρχεται στο ωκεάνιο σύστημα.
Η κοινή παραδοχή ότι όλα αποδίδονται σε αυξήσεις στις “ανθρωπογενείς εκπομπές αερίων του θερμοκηπίου” προϋποθέτει ότι κατανοούμε τη ροή θερμότητας στους ωκεανούς και φέρνει στο νου ένα διάσημο απόφθεγμα του Mark Twain: