Dialog mezi mořem a větrem NAO: tekutá časomíra severoatlantické oscilace VÁCLAV CÍLEK
Kdo se nebude starat o věci vzdálené, bude záhy naříkat pro věci blízké Hovory Konfuciovy
Zásadní posun ve vnímání globálního klimatického systému nastal jednak s novými pracemi o severoatlantické oscilaci, jednak tím, že W. Broecker nalezl srdce oceánického výměníku v systému antarktických proudů a propojil tak systém jižní a severoatlantické oscilace (viz Vesmír 74, 257 a 448, 1995/5 a 9) do jedné velké nervatury oceánu. Do NAO jsme vstoupili již v holocénu Dobře známý scénář epizody El Ni o (viz rámeček na této straně) byl v poslední době doplněn velmi důležitým modelem, který ukazuje, že Tichý oceán zpomaluje globální oteplování, a to možná až o polovinu předpovězené hodnoty. V teplejších obdobích (i ve skleníkovém světě) je jižní oscilace silnější, takže v tropickém Tichém oceánu se objevuje víc chladných vod vzestupného proudění. Mezi povrchem oceánu a atmosférou dojde k výměně tepla, které je díky vzdušné cirkulaci odváděno na sever i na jih, kde se snadněji vyzáří do prostoru a tím ochladí celý zemský systém a částečně eliminuje globální oteplování.
SYSTÉMY ENSO A NAO (opakování) Aby byl tento článek srozumitelný, je zapotřebí zopakovat – byť jiným způsobem – již některá dříve uvedená fakta (Vesmír 74, 257, 1995). V globálním měřítku existují dva velké systémy atmosférické cirkulace – ENSO a NAO. ENSO znamená El Ni o-Southern Oscillation a NAO – North Atlantic Oscillation. Překládáme je jako jižní oscilace-El Ni o a severoatlantická oscilace. Oba systémy mají společný původ – onen velký dialog mezi mořem a větrem. Podstatou jižní oscilace jsou rozdíly v atmosférickém tlaku zhruba nad Jižní Amerikou a Austrálií. Je-li rozdíl tlaku veliký, pak směrem od Jižní Ameriky vanou silné větry, které v podobě monzunu přinášejí vláhu do jihovýchodní Asie, Indie a k východnímu pobřeží Afriky. Pole se zazelenají a lidé mají co jíst. Je-li rozdíl tlaku malý, pak větry ztrácejí sílu a srážky padají buď nad pouštními oblastmi And, nebo zbytečně vyprší nad mořem. Monzun zeslábne a Indii odkázanou na vodu odpařenou v tropické části Tichého oceánu postihne sucho a hlad. Rozdíly v tlaku si představme jako houpačku – čím je tlak v Jižní Americe vyšší, tím je v Austrálii nižší. Podobná houpačka existuje i v Atlantickém oceánu.
1. Globální systém termohalinní cirkulace. Jeho jádro, na obrázku znázorněné jako válec, tvoří systém cirkumantarktických proudů. Pravá větev (Atlantický výměník) směřuje napříč Atlantikem až k Islandu, kde se ochlazuje a proudí při mořském dně nazpátek. Jižně od mysu Dobré naděje vstupuje do systému proudů, které obepínají Antarktidu (cirkumatlantické proudy). Zde se mísí se studenými vodami sestupujícími z antarktického šelfu a tato směs přechází do Tichého oceánu, kde vytváří opačně orientovanou cirkulační celu (výměník Tichého a Indického oceánu). Podle W. S. Broeckera (1997).
U klimatických změn je často obtížné hovořit o příčině a následku. Obojí je do sebe zakousnuto jako had Uroboros hryzající svůj ocas. Přesnější je představa neuronové sítě. Ta je obvykle znázorňována jako systém bodů spojených vztahy. Informace o tom, co se děje v jednom bodu, je společná celé síti, ale stav bodu ovlivňuje nejvíc své sousedy a dál vyznívá. Mechanizmus příčina-následek si obvykle představujeme mechanicky: něco se stane, pak je jakási pauza, pak následuje reakce. Chování klimatu i neuronových sítí je odlišné: něco málo se stane, ještě nedojde k průběhu „celé“ příčiny a okolí již reaguje, zesiluje či zeslabuje původní signál. Mezitím pokračuje působení původní příčiny, na což okamžitě reagují okolní body a svou proměnou vtahují do hry širší okolí. To se buď přidá a přiloží ruku k dílu (pozitivní zpětná vazba), anebo je více ovlivněno ještě
RNDr. Václav Cílek, Csc., (*1955) vystudoval geologii na Přírodovědecké fakultě Univerzity Karlovy v Praze. V Geologickém ústavu AV ČR se zabývá geologií kenozoika. Přednáší v Centru teoretických studií a v Institutu základů vzdělanosti.
Rozdíl atmosférického tlaku přímo závisí na teplotě oceánu. Za normální situace narážejí mořské větry na hradbu And, která je stáčí na sever. Silné pobřežní proudění odtlačuje povrchovou vrstvu teplé vody a umožňuje tak výstup živinami bohatých, hlubších chladných vod, kterým říkáme Peruánský nebo Humboldtův proud. Když jižní oscilace funguje, tak jsou všichni spokojeni – rybáři u peruánských břehů chytí dostatek ančoviček a indičtí zemědělci přežijí další rok. Jenže právě „správná“ funkce jižní oscilace vytváří past, které říkáme El Ni o. Silné větry pasátové cirkulace nejenom ženou mraky s vláhou napříč Tichým oceánem, ale také tlačí na mořskou hladinu. Postupně zvyšují hladinu oceánu u Austrálie až o 20–40 cm. A když větry zeslábnou, tak se tato voda pochopitelně vrací nazpět k pobřeží Jižní Ameriky. A je to přitom ta nejteplejší povrchová voda, ohřátá tropickým sluncem. Příliv teplé vody blokuje výstup hlubokých studených proudů. Pobřežní vody se oteplí až o 11 °C (v roce 1983), houpačka se ustálí v katastrofické středové poloze, rybáři nemají co lovit a v Indii vypukne hladomor. Vzorec celkové cirkulace nad Tichým oceánem se změní, teplé proudění se stáčí až ke Skalistým horám, kde panuje buď velmi teplé počasí, anebo vzdušná vlhkost vymrzne v podobě sněhové kalamity.
http://www.cts.cuni.cz/vesmir l VESMÍR 77, červenec 1998
367
2. Hydrologická bilance Atlantického oceánu. Všimněte si, jak obrovské povodí má Atlantický oceán (černě) na rozdíl od Tichého a Indického oceánu (šikmé šrafy). Pouště jsou značeny bíle. Číslo v levém sloupci označuje množství vody přinášené či odnášené větry přes americké kontinenty. Číslo v pravém sloupci označuje totéž pro Eurasii a Afriku. Prostřední číslo udává výslednou bilanci (např. pro horní řádku pokrývající severní Atlantik to je 0,07 – 0,25 = – 0,18 milionu metrů krychlových za sekundu). Celkově se v Atlantiku nedostává asi 0,32 m3/s , což je o něco víc než přítok Amazonky. Pokud by Atlantik vytvářel uzavřenou pánev, jeho hladina by se neustále snižovala. Pochopitelně se tak neděje, protože voda ve světovém oceánu proudí. Dá se to říci i opačně – nevyrovnaná hydrologická bilance Atlantiku způsobuje, že voda Tichým a Atlantickým oceánem proudit musí. Zároveň je patrné, že kdyby zeslábly větry, ztrácel by Atlantik méně vody a kompenzační proudění by bylo slabší (W. S. Broecker 1997).
údaje v milionech m3/s
vzdálenějšími body, pracujícími v jiném režimu (ty sice dobře vědí, co se děje, ale sledují své vlastní cíle), které akci zbrzdí (negativní zpětná vazba). Nejsou tu žádné pauzy, dělítko mezí akcí a reakcí se stírá. Spíš než příčinu a následek tady máme spouštěč změn a jejich proměnlivou intenzitu. Umíme si to představit, ale těžko vyjadřujeme svět neuronové sítě, protože i jazyk pracuje se slovy, s nespojitými kvanty informací. KRÁTKODOBÉ KLIMATICKÉ CYKLY Jeden z prvních pokusů vysvětlit krátkodobou cykličnost evropského klimatu provedl již počátkem století známý klimatolog E. Brückner, který předpokládal, že klima se mění přibližně každých 35 let a že tyto změny důležitým způsobem ovlivňují lidskou populaci a stojí i za sociálními fenomény dosahujícími rozměru „stěhování národů“. Z poněkud jiného úhlu se již od počátku století ke klimatické cykličnosti přibližovali astronomové. Astronom-amatér S. H. Schwabe publikoval již r. 1843 podezření, že sluneční skvrny se objevují v periodě asi 10 let. Toto vcelku nenápadné pozorování proslavil Alexandr von Humboldt v knize Cosmos (1851). Od té doby pracuje jedna velká skupina badatelů na objasnění frekvence slunečních cyklů a druhá se na jejich základě snaží vysvětlit řadu pozemských dějů – od vzniku velkých morových ran, kolísání demografických vzorců až po klimatické proměny. Tyto pokusy jsou někdy tak nekritické, že svého času se o některých nejasných událostech říkalo, že za to „mohou skvrny na Slunci“. V souboru asi 40 tisíc historických klimatických údajů posledního tisíciletí, které posbírali J. Svoboda a Z. Vašků, pozorujeme několik základních, nepříliš pravidelných „cyklů“. Základním cyklem je perioda 2–3 let. Zde je velmi obtížné jak mluvit o cyklu (je nepravidelný), tak používat slovo „klimatický“, protože klima je definováno jako dlouhodobý průměr všech stavů počasí. Dlouhodobostí se podle různých definic obvykle rozumí 7–30 let. U dvouletých či tříletých period bychom správněji měli hovořit o setrvalém sezonním chodu, ale pro přehlednost se i v zahraničním tisku používá výraz klimatická fluktuace, oscilace či změna. Tuto dvouletou či tříletou periodu můžeme nejsnadněji vysvětlit jako určitou setrvačnost klimatického chodu. Ta je hlavně způsobena dlouhodobým vývojem tzv. „planetárních vln“. Jde o dlouhé prstence zvýšené atmosférické cirkulace ve vyšší troposféře, které v podobě jakési nepravidelné vlny se zálivy sahajícími na sever i na jih obepínají celou planetu. Dalším, již oprávněně cyklickým fenoménem je perioda 5–6 let. Někdy jde o sedmiletý, či dokonce osmiletý cyklus, který nalézá svou lidovou formu v označení „sedmileté sucho“. Pětiletý až šestiletý cyklus (polovina 11leté-
368
VESMÍR 77, červenec 1998 l http://www.cts.cuni.cz/vesmir
Vzhledem k počasí severní polokoule je velmi důležitá míra ovlivnění. Systém jižní oscilace-El Ni o odpovídá asi 15 % za rozptyl zimních teplot severní polokoule a jeho dopad je poměrně vysoký na západním pobřeží USA, ale nízký ve střední Evropě. Pomocí severoatlantické oscilace můžeme vysvětlit rozptyl asi 30 % zimních teplot severní polokoule a její dopad je ve střední Evropě značný. Patnáct a třicet procent (jsou to jen přibližná čísla závislá na definici podmínek) nedává dohromady ani polovinu ročních teplotních anomálií. 55 % tedy náleží buď náhodnému šumu, anebo (ale jen zčásti) nějakému neznámému klimatickému mechanizmu, např. systému zimní sibiřské tlakové výše. Znamená to, že i kdybychom přesně poznali a dokázali předpovědět funkci ENSO a NAO (zkratky jsou vysvětleny v rámečku na předchozí straně), stejně zůstane velký ho slunečního cyklu?) velmi pravděpodobně závisí na povrchové cirkulaci v Atlantiku, ale jeho původní příčinou může být sluneční aktivita. Další důležitý cyklus, trvající přibližně 20–30 let (podle výsledků frekvenční analýzy se poměrně často opakuje číslo 20–25), je totiž téměř identický s 22letým slunečním cyklem. Klimatický cyklus o délce trvání 20–30 let můžeme s velkou pravděpodobností odvodit z hluboké oceánické cirkulace v Atlantiku. Kromě toho se při výpočtech frekvencí klimatických událostí často setkáváme s důležitým solárním 90letým cyklem. Ten velmi pravděpodobně souvisí, jak ukazuje I. Charvátová, s pohybem Slunce okolo těžiště (barycentra) sluneční soustavy. Slunce je ze své pozice vychylováno gravitačními silami velkých planet – Saturna a Jupitera. Díky nim se vždy po 179 letech vrací z chaotické na uspořádanou dráhu. Amplituda těchto krátkodobých pohybů je přibližně stejně velká jako amplituda Milankovičových parametrů, o kterých se domníváme, že jsou hlavními příčinami dlouhodobých klimatických změn a že jsou odpovědné za příchod i ústup ledových dob. Problém je v tom, že neumíme odhadnout, jak bude vzájemné působení sluneční energie a oceánického proudění fungovat. Jestliže rozdíly teplot způsobené slunečními cykly nepřekročí nějaké neurčité rozmezí stability systému, anebo pokud bude setrvačnost oceánické cirkulace příliš velká, pak ke změnám buď vůbec nedojde, nebo nastoupí se zpožděním několika let. Poměrně běžně pozorujeme, jak v pevninském, tak v oceánském klimatickém záznamu, že z nejasných příčin dojde ke zdvojnásobení délky cyklu. Dá se říct, že dlouhodobé klimatické trendy můžeme s pravděpodobností přesahující 50 % odvodit z analýzy historických dat, ale otázka, jaké bude počasí v příštím roce, je za současného stavu poznání neřešitelná. Klimatické změny známé z minulosti neohrožují člověka jako druh, ale mění, anebo dokonce ničí civilizace či určité skupiny ve společnosti. K tomu, abychom mohli sestavit model chování celé globální atmosféry a hydrosféry v různých úrovních cirkulace, jsou i ty největší počítače příliš pomalé a jednoduché. Nicméně v posledních několika letech se začal prosazovat přístup, že hlavním krátkodobým mechanizmem evropského klimatu je jev nazývaný severoatlantická oscilace.
prostor pro „náhodu a obvyklý klimatický chaos motýlího efektu“. Atlantická houpačka Rovněž severoatlantická oscilace je založena na rozdílu tlaků, a to tentokrát na pověstné azorské výši a islandské níži, o které často slýcháme v televizních předpovědích počasí. Smluvně se za krajní body houpačky považují meteorologické stanice Lisabon v Portugalsku a Stykkisholmur na Islandu. Z řady měření je dobře patrná šestiletá perioda změn atmosférických tlaků a směru větrů, která se projevuje zejména v zimním období, kdy je rozdíl teplot mezi severním Atlantikem a rovníkem největší. Rovněž složení izotopů uhlíku v jednotlivých přírůstkových lamelách korálů by mělo sledovat Suessův efekt – tedy postupný pokles poměru 14C a 12C, který je od roku 1870 dobře detegovatelný díky spalování fosilních paliv. Ta totiž neobsahují žádný radiokarbon a tím ředí atmosférický zásobník radioaktivního izotopu 14C průmyslovými emisemi. Místo toho koráli indikují náhlé, několikaleté izotopové pulzy, které je možné vysvětlit jen rozdíly mořské cirkulace. Izotopové složení vody z grónských ledovců vykazuje asi desetileté oscilace a krátkodobé cykly trvající něco mezi 10–30 lety se postupně daří prokázat v tropických mořských sedimentech a jezerních sedimentech západní Evropy. Ukazuje se, že Atlantický oceán se proměňuje řádově v desetiletích. Během jednoho století se kdekoliv na severní polokouli vystřídají dvě či tři delší klimatické oscilace a mnoho kratších, ale jejich dopady jsou zmírňovány či zesilovány lokálními faktory. V Atlantickém oceánu se cirkulace odehrává přibližně ve třech patrech, která jsou na různých místech propojena „výtahy“ – místy výstupů či poklesů různě teplých a slaných vod. Jako první patro můžeme označit povrchovou, větrem podmíněnou cirkulaci, jež se odehrává do hloubek okolo 1000 m a jejímž typickým představitelem je Golfský proud. Druhé patro tvoří střední cirkulace, která byla dlouho považována za jednotvárnou, pomalou a nudnou, než se v posledních letech ukázalo, že právě zde dochází ke zkratům mezi povrchovým a hlubokým prouděním. Spodní patro pak vytváří oceánický výměník termohalinní cirkulace (Vesmír 74, 488, 1995/9), který propojuje atlantickou a tichomořskou cirkulaci a představuje tak hlavní globální rozvod původně sluneční energie zachycené oceánem. Tato nervatura oceánu se neustále proměňuje. Povrchové mořské proudy v průběhu roku slábnou, sílí, nebo dokonce mění směr. „Zdviže“ do nižších pater zanikají nebo se obnovují v periodě trvající několik měsíců i několik desetiletí. Jsou roky, kdy Golfský proud proniká hluboko na sever, a roky, kdy se jeho tvar mění z trojúhelníku (s vyšším cípem na severu) na ovál. A podobně jsou i hluboké slané proudy syceny tu teplejší, tu chladnější vodou podle toho, kolik srážek odteče do moře řekami nebo se uvolní z ledovců. Pokud oceánografy, navyklé žít v údivu nad obrovitostí a složitostí globálních proudů, vůbec něco překvapuje, tak je to velmi dynamická homeostáze celého oceánického systému. I jinak velmi střízliví badatelé používají v soukromí výrazy jako div, zázrak, nepochopitelná záležitost. Může to být dáno i tím, že máme málo přímých detailních měření oceánické cirkulace. Definovat průběh nejznámějšího ze všech oceánských proudů – toho Golfského – není jednoduché a různé moderní práce v respektovaných časopisech jej zachycují – a to nikoliv v detailech – poněkud různým způso-
3. Severní Atlantický oceán. Šipky označují transport vlhkosti během zim se zvýšenou intenzitou severoatlantické oscilace (horní schéma) a v době průměrné intenzity severoatlantické oscilace. Během zvýšené činnosti NAO jsou větry silnější, mají více vláhy a zasahují dál na sever i na východ (Hurrel 1995).
bem. Počátek Golfského proudu leží v tropickém Atlantiku, odkud teplé vody o kapacitě až 30 milionů m3/s proudí do Karibské oblasti, odtud Floridským průlivem podél pobřeží USA až k mysu Hatteras, načež se stáčí k Evropě zhruba pod úrovní Anglie a odtud zpět k jihu ke svému začátku. Golfský proud tak zdánlivě vytváří uzavřený ovál na povrchu Atlantiku. V jeho nejsevernějším bodu však směrem ke Skandinávii vytéká teplý Severoatlantický proud, který se na severu (zde se jeho pokračování říká Norský proud) ochlazuje a klesá do hlubších vrstev. Síla Golfského proudu se periodicky proměňuje v závislosti na síle větrů a rovněž jeho dráha severním Atlantikem osciluje až o stovky kilometrů. Klimatická slepice a klimatické vejce Nicméně, jak už je to v klimatologii obvyklé, neexistuje jednoduchý vztah mezi průběhem Golfského proudu a počasím v Evropě. Klimatický systém 4. Kolísání severoatlantické oscilace v letech 1864–1994, založené na základě rozdílů tlaků (prosinec–březen) mezi Islandem a Lisabonem v Portugalsku. Silná linie představuje tlakový gradient zhlazený takovým způsobem, aby vypustil klimatické fluktuace s periodou kratší než 4 roky. Pro poslední dvě desetiletí je charakteristický velmi intenzivní chod NAO (Hurrel 1995). Podle Science 269, 678, 1995.
http://www.cts.cuni.cz/vesmir l VESMÍR 77, červenec 1998
369
5. Teplotní trendy pro mořskou hladinu severního Tichého oceánu (horní schéma), rovníkového Tichého oceánu (prostřední schéma) a obou dohromady (spodní schéma) v letech 1900–1990. Na obrázku pozorujeme analogický chod systému ENSO (jižní oscilace-El Ni o), jaký jsme viděli u severoatlantické oscilace (Cane M. A. preprint for Science).
má – alespoň v tomto dělení – tři části. Řídícím mechanizmem je množství slunečního záření, které závisí jednak na vnitřní dynamice Slunce (zejména 22letý cyklus), jednak na pozici Slunce a Země (180letý cyklus a delší Milankovičovy cykly). Druhou úrovní je ukládání tohoto tepla oceány a třetí úrovní je přenos oceánského, původně solárního tepla na pevninu. Pro klima střední Evropy je stejně důležitá teplota oceánu jako intenzita západních větrů, které k nám toto teplo (a vlhko) přinášejí. Na to se dá okamžitě namítnout, že síla větrů pochopitelně závisí na teplotě mořské hladiny, ale tím opět vstoupíme do světa kauzálních vztahů, na který jsme
chtěli zapomenout. Otázku, zda dřív byla klimatická slepice, nebo klimatické vejce, řešit nebudeme. Základem nejenom severoatlantické oscilace, ale obou hlavních krátkodobých mechanizmů globálních změn je oceánský výměník, který je též známý jako termohalinní výměník nebo jako hluboký slaný proud. Oceánský výměník v zásadě teče v nejhlubším patře oceánu, ale zároveň přibírá vody ze středního patra a také v dlouhých úsecích vystupuje na povrch a opět sestupuje dolů. Oceánský výměník má dvě velké větve, z nichž jedna probíhá Atlantikem a určuje severoatlantickou oscilaci a druhá prochází Tichým oceánem a ovlivňuje jižní oscilaci. Srdcem výměníku je antarktická cirkulace. Antarktida je obklopena pásmem riftových hřbetů, které stáčejí hlubinné proudění do velkého oválu obepínajícího celý kontinent – jako by se při dně kolem Antarktidy točil obrovský vír. Z tohoto víru vycházejí dvě větve, kterým W. Broecker říká atlantický výměník (Atlantic Conveyor) a protivýměník Tichého a Indického oceánu (Pacific and Indian Anticonveyor). Činnost výměníku si můžeme představit následujícím způsobem: V subtropické oblasti jižního Atlantiku dochází k obrovskému odparu. Odpařená voda je nahrazována studenou vodou proudící středním patrem směrem od Antarktidy. Tato voda se v rovníkové atlantické oblasti rychle otepluje, ale díky odparu získává větší hustotu. Ponořuje se do hloubek okolo 800 m a směřuje dál k Islandu. Vinou silných západních větrů, které unášejí mořskou vlhkost dál do Euroasie, ztrácí severní Atlantik asi 0,18 milionu m3/s. Tato chybějící voda musí pochopitelně odněkud přitéct a tím je dán základní směr středního a hlubokého proudění v Atlantiku – směrem od Antarktidy. Tento proud však mezitím podešel rovník, smísil se s těžkými, slanými vodami ekvatoriálního pásma a je teplý. Na povrch vystupuje zejména v zimě, kdy od severu vanou silné polární větry (ne nepodobné těm, které odhrnují povrchové vody systému ENSO u peruánských břehů) v oblasti kolem Islandu. Severoatlantický proud je nejasného původu a i když bývá kreslen jako odnož Golfského proudu, tak se soudí, že jeho tepelná kapacita je odvozena hlavně od atlantického výměníku středního oceánského patra. V každém případě dojde k oteplení severní Evropy a podle intenzity větrného proudění zasáhne oceánické klima dál na východ, kde vyzní zhruba na severojižní linii procházející Oděsou či Krymem. Dál na východ, a zejména na jihovýchod od hradby hor mezi Kavkazem a Tibetem, již hlavní proměny klimatu určuje sezonní či víceletý posun intratropické zóny konvergence a ta závisí na síle větrů jižní oscilace. Ale vraťme se k Islandu. Antlantický výměník odevzdá teplo, voda ztratí určitou část objemu, ztěžkne a ponoří se. Putuje pak nazpátek podél dna Atlantiku, až konečně jižně od mysu Dobré naděje opět 6. V severním Atlantiku existují tři velká centra vertikálního mísení způsobeného tepelnou konvekcí – Grónské moře, Sargasové moře a Labradorské moře. Intenzivní konvekce udržuje teplotní a hustotní homogenitu oceánu až do hloubek 1–3 km a tím umožňuje přenášení klimatického signálu – zjednodušeně řečeno teploty atmosféry – do větších hloubek. Zde dojde k proudění a klimatický signál získá díky oceánské vodě paměť, jakou by si nikdy v turbulentní atmosféře nedokázal udržet. Horní schéma zachycuje stav koncem 60. let při nízkém indexu NAO. Konvekční cela Labradorského moře téměř nefunguje, vody se nemísí, na povrchu se vytváří vrstva sladké vody. Zato v Grónském moři zasahuje konvekce až do hloubek přes 3500 m a Sargasové moře produkuje velké množství teplé slané vody, známé podle složení jako „voda 18°“. V 90. letech při vysokém indexu NAO se mění proudění ve všech celách. V Labradorském moři se vertikální mísení prohlubuje až do nikdy nevídaných 2300 m a zachycuje horní část hlubokých atlantických vod (NADW). Zato se téměř zastavuje mísení vod v Grónském moři a produkce „18° vody“ v Sargasovém moři ustává (Dickson 1997). Podle Nature 386, 649, 1997.
370
VESMÍR 77, červenec 1998 l http://www.cts.cuni.cz/vesmir
narazí na srdce výměníku – na cirkumantarktické proudění. Tím se dostane do onoho velkého víru, který je navíc sycen sladkými, ale velmi chladnými vodami padajícími z antarktického šelfu. Tato směs pak podél dna Tichého a Indického oceánu vstupuje do protivýměníku a účastní se systému ENSO. Pro oba systémy ENSO i NAO je nesmírně důležitá funkce spojnic, které jsme pracovně označili jako „zdviže“ mezi jednotlivými patry výměníku. Víme o nich zatím velmi málo. Severoatlatnická oscilace má tyto zdviže nejméně tři – jsou to konvekční cely Sargasového, Labradorského a Grónského moře. Oceánické konvekční cely si představme jako víceméně ohraničené oblasti, ve kterých dochází k vertikálnímu mísení pomocí sestupujícího a vystupujícího proudění. Je zde homogenizována povrchová a hluboká voda, takže voda z povrchu může vstupovat do středního nebo spodního patra oceánického proudění a naopak. Konvekční cely jsou nestálé a vyvíjejí se desítky let – nejenom že se v nich vertikální proudění může úplně zastavit, ale cely se také prohlubují či změlčují. Potrubí s různě teplou vodou Tím se dostáváme ke klíčovému mechanizmu NAO, jímž je přenos klimatické paměti. Atmosféra je příliš nestálá a turbulentní, nemá dlouhodobou paměť. Dnešní vítr si už nevzpomíná, co dělal včera, a jen starci mezi větry – vysoké planetární vlny a tryskové proudy svrchní troposféry – vědí cosi o minulém jaru. Oceán je pomalý. Trvá to desetiletí, než voda z Antarktidy doteče k Islandu a zase se vrátí k srdci výměníku. Cestou narazí na několik životních křižovatek – konvekčních cel, které ji promísí a vtisknou jí poněkud jiné složení a odlišnou teplotu. Není nic vzdálenějšího představě oceánického proudění než jakýsi systém ocelových potrubí. Ale představme si pro názornost systém oceánských výměníků jako potrubí, ve kterém pomalu podél celé planety cirkuluje voda. Do tohoto potrubí je z konvekčních cel připouštěna voda jiné teploty, takže v potrubí se střídají úseky s teplejší vodou a úseky s chladnější vodou. Než vyteče všechna chladná či teplá voda, tak to trvá asi 6 let, ale kromě toho jsou šestileté „balíčky vody“ uspořádány do většího balíku, obsahujícího vodu tak za 20–30, někdy i 50 let. Tato voda se cyklicky objevuje na povrchu oceánu a dlouhodobě mění jeho povrchovou teplotu. Tím se mění gradienty, směry větrů a celý ten výše popsaný klimatický příběh. Je-li rozdíl tlaků mezi Azorami a Islandem velký, pak NAO získává kladný index (0 je dlouhodobý průměr) a většina zim je mírných. Zeslábne-li gradient, pak je index NAO nízký či záporný a evropské zimní počasí je buď nepravidelné, anebo se začne víc uplatňovat sibiřská výše vysokého tlaku se svým suchým, ledovým prouděním. Poslední dvě desetiletí se pohybujeme v severoatlantické oscilaci s vysokým indexem. Převládají mírné zimy a celkové oteplování. Při zeslábnutí oceánické cirkulace je návrat do průměrných zim vnímán jako cosi extrémního, protože při vysokém indexu NAO jsou i klimatické kontrasty větší. Podobně jako na pevnině existuje systém meteorologických stanic, tak je zřejmě jen otázkou času, kdy bude vybudován systém podmořských stanic monitorujících v různých hloubkách intenzitu oceánské cirkulace. To by mělo společně se superpočítačovým modelem pracujícím nejen jako spřažený model oceán-pevnina, ale také ENSO-NAO umožnit dlouhodobou předpověď počasí, či dokonce klimatických změn v měřítku prvních několika let. Samot-
7. Proudění v severním Atlantiku (podle Rahmstorfa 1997). Tmavá plocha v Severním ledovém oceánu ukazuje rozsah zemního zalednění.
ná oceánská cirkulace je příliš složitý systém, než abychom ji v rámci tohoto článku dále komplikovali otázkou skleníkového jevu. Nicméně analýza W. Broeckera ukazuje, že při dosažení úrovně 700 ppm oxidu uhličitého v atmosféře, tj 700 mikrogramů na litr vzduchu (1 ppm = 10–4 %), což je přibližně úroveň 22. století, dojde ke zhoršení, nebo dokonce kolapsu NAO. Modely ale také zároveň ukazují, že čím se koncentrace oxidu uhličitého budou zvyšovat pomaleji, tím je větší šance, že změny nebudou náhlé a katastrofické. Hlavně z toho důvodu vnímám omezování emisí jako potřebné a žádoucí. Skutečným vnitřním šokem je pro mne skutečnost, že život globálního ekosystému závisí na něčem tak křehkém a pofiderním, jako je proudění jedné kapaliny v poněkud jiné kapalině, jež se od sebe navzájem liší rozdíly teplot často jen 3–4 °C a rozdíly slanosti sotva pár promile. A je mi velmi divné, že tento složitý teplotní stroj, na jehož stabilitu bych nevsadil ani svůj nulový čtrnáctý plat, nejenže funguje už tisíce let, ale vlastně pracuje téměř beze změn, protože nejvyšší průměrné teploty na území dnešní České republiky byly v holocénu sotva o 2 °C vyšší a nejnižší teploty v rámci studených výkyvů stěží přesáhly 1,5 °C od dlouhodobého normálu. A to je sice dost na člověka či společnost, ale málo na světový oceán. LITERATURA Hurrell J. W.: Decadal trends in the North-Atlantic Oscillation, Science 269, 676–79, 4. August 1995 Broecker W. S.: Thermohaline circulation, the Achilles heel of our climate, Science 278, 1582–87, 28. November 1997 Dickson B.: From Labrador Sea to global change, Nature 386, 649– 50, 17. April 1997 Rahmstorf S.: Risk of sea-change in Atlantic, Nature 388, 825–26, 28. August 1997 Taylor A. H.: North-south shifts of the Gulf Stream. Int. Journ. of Climatology 16, 559–583, 1996 Hogg N. G. a Johns W. E.: Western Boundary Currents. Review of Geophysics, 1311–1334, 1995 První, bezprostřední dojem nepotřeboval žádnou zvláštní vědomou aktivitu z mé strany: podívám se a vidím. Proto ho někteří lidé mylně považují za nejjistější: „Na vlastní oči jsem to viděl!“ Naše vnímání je ovšem zařízeno na ty nejběžnější případy, kdy musí fungovat rychle a bez chyby. Proto si „zkracuje cestu“ a vidí často i věci, které tam nejsou [...]. Chci-li se před takovými zkratovými soudy nějak pojistit, musím se do procesu poznávání vložit i svými rozumovými schopJan Sokol, Malá filosofie člověka nostmi. Vyšehrad, 1998 http://www.cts.cuni.cz/vesmir l VESMÍR 77, červenec 1998
371
