3. Klimata mainība un klimata pārmaiņas

Protams, pastāv arī citas ietekmes, kas kopumā nosaka esošos laikapstākļus un klimatu. No tiem vispirms var minēt okeānu kustības raksturu un tā mainību. Ūdens lielās siltumietilpības un sajaukšanās dēļ okeānu un jūru virskārta sasilst un atdziest daudz lēnāk nekā sauszeme. Tādēļ piejūras apgabalu klimatam raksturīgas mazākas sezonālās un diennakts gaisa temperatūras svārstības salīdzinājumā ar iekšzemes apgabaliem, kuros valda kontinentāls klimats. Pasaules okeāna tilpums ir gandrīz 1349·10⁶ km³, bet virsējā 1000 m slāņa tilpums – ap 160·10⁶ km³ (aprēķināts kā 11,915% no Pasaules okeāna kopējā tilpuma). Lai uzsildītu 1 litru ūdens par 1 °C, jāpatērē 1 kCal jeb aptuveni 4,186·10³ J enerģijas. Primārā Saules starojuma plūsma, kas sasniedz Zemes virsmu, ir 168 W/m² jeb 5,298·10⁹ J/m² gadā. Var aprēķināt, ka gada laikā saņemtā enerģijas daudzuma pietiek, lai uzsildītu okeāna virsējo, 1000 m biezo sajauktā ūdens slāni tikai par aptuveni 1,26 °C. Okeāna siltumietilpība ir tik milzīga, ka pat niecīgas ūdens temperatūras izmaiņas liecina par nozīmīgām siltuma bilances izmaiņām. ASV Nacionālā okeanogrāfisko datu centra zinātnieki aprēķinājuši, ka laikposmā kopš 20. gs. 50. gadu vidus okeāna vidējā temperatūra pieaugusi par 0,06 °C, kas atbilst aptuveni 2·10²³ J. Vērtējot Pasaules okeāna izlīdzinošo ietekmi uz Zemes klimatu, jāņem vērā arī siltuma daudzums, kas tiek saistīts un atbrīvots, mainoties ūdens agregātstāvoklim, – ūdens iztvaikošanas un ledus kušanas siltums (tā sauktais latentais siltums). Ikvienam pazīstamas parādības, kas saistītas ar iztvaikošanas siltumu – ķermeņa „atvēsināšanās”, iztvaikojot sviedriem, salnas augsnes virskārtā, kad ūdens iztvaikošana no augiem un augsnes pazemina temperatūru pat zem 0 °C. No Pasaules okeāna virsmas gadā vidēji iztvaiko 420 tūkstoši km³ ūdens, kas atbilst apmēram 1,25 m biezam ūdens slānim. Iztvaicējot šādu ūdens daudzumu, tvaika latentajā siltumā tiek saistīts 2,840·10⁹ J/m² gadā, tātad vairāk nekā puse no Saules starojuma enerģijas, kas sasniedz okeāna virsmu. Jāņem vērā, ka ūdens tvaikos saistītais latentais siltums atbrīvojas atmosfērā, kad, veidojoties mākoņiem, tvaiks kondensējas ūdens pilieniņos. Šādi latentā siltuma plūsma pārnes siltumu no okeāna virsmas atmosfērā. Ir aprēķināts – ja šīs parādības nebūtu, sauszemes temperatūra sasniegtu 65 °C, līdz iestātos starojuma līdzsvars starp Zemes virsmas saņemto Saules starojumu un izstaroto enerģiju. Ūdens iztvaikošanas siltums ir 2272 J/g, bet sasalšanas siltums ir  334 J/g. Pieņemot, ka Zemes ledāju un sniega masa ir ap 29,7 miljoni km3, var aprēķināt siltuma daudzumu, kas tiktu saistīts latentajā siltumā, ja viss ledus un sniegs izkustu.

Pasaules okeāns izlīdzina ne tikai temperatūras izmaiņas laikā, bet arī mazina klimata kontrastus starp dažādām zonām un reģioniem. Straumes okeāna virskārtā rodas vēja un Zemes griešanās spēka (t.s. Koriolisa spēka) mijiedarbībā. Līdz ar ūdeni siltās virsūdens straumes pārvieto milzīgu siltuma enerģijas daudzumu no Pasaules okeāna tropiskajiem rajoniem uz mērenā un aukstā klimata joslām, tādējādi padarot daudz maigāku klimatu plašos sauszemes apgabalos. Savukārt aukstās straumes „atdzesē” tropiskos apgabalus.

Plašāk pazīstama (un arī caurplūduma ziņā iespaidīgākā) ir siltā Golfa straume un tās turpinājums: Ziemeļatlantijas straume Atlantijas okeānā un Kurosio straume Klusajā okeānā. Golfa straume, kuras plūdums aizsākas Meksikas līcī, nereti tiek tēlaini dēvēta par pasaules lielāko upi, jo parasti tā ir 80–150 km plata un 800–1200 m dziļa. Lielākais straumes ātrums ir okeāna virskārtā – ap 2,5 m/s. Izplūstot no Meksikas līča, Golfa straumes caurplūdums ir ap 30 miljonu kubikmetru sekundē, bet, sasniedzot Haterasa ragu, tas pieaug līdz pat 80 miljoniem kubikmetru sekundē. Pakāpeniski atdodot savu siltumu atmosfērai, Golfa straume plūst gar Ziemeļamerikas krastu, bet tās turpinājumi – Ziemeļatlantijas straume un Norvēģijas straume – apskalo Ziemeļeiropas krastus.

Golfa straumes analogs Klusajā okeānā ir siltā Kurosio straume, kura aizsākas pie Taivānas un plūst ziemeļaustrumu virzienā gar Japānas arhipelāga austrumu malu. Tiek uzskatīts, ka Kurosio straumes dēļ Japānas salu klimats ir krietni maigāks, nekā tam vajadzētu būt atbilstoši ģeogrāfiskajam novietojumam. Kurosio straume būtiski ietekmē jūras bioloģisko produktivitāti, nodrošinot bagātīgus zivju lomus, un tādēļ var pastāvēt pasaulē vistālāk uz ziemeļiem sastopamie koraļļu rifi.
Izplatīts ir uzskats, ka Golfa straume ir galvenais iemesls, kāpēc Ziemeļeiropā klimats ir daudz maigāks salīdzinājumā ar Ziemeļamerikas austrumu piekrastes apgabaliem tajos pašos platuma grādos. Tomēr šo hipotēzi, kura izvirzīta 19. gs. vidū, mūsdienu klimata modeļi neapstiprina. Sasniedzot Eiropu, Ziemeļatlantijas straumes ūdeņi jau atdevuši tik daudz siltuma, ka to ietekme uz gaisa temperatūru nepārsniedz dažus grādus. Pēc vairāku zinātnieku domām, daudz lielāka nozīme ir atmosfēras gaisa masām, kas pārsvarā pārvietojas no Atlantijas okeāna Eiropas virzienā. Protams, nevar noliegt, ka par šo gaisa masu „sasildīšanu” jāpateicas Golfa straumei. Tiek uzskatīts, ka, pastāvot t.s. Mazajam ledus laikmetam, Golfa straumes plūdums pavājinājies apmēram par 10% salīdzinājumā ar mūsdienām. Tomēr modeļaprēķini neapstiprina saziņas līdzekļos plaši atspoguļotos minējumus par Golfa straumes pavājināšanās katastrofālo efektu uz klimatu Ziemeļamerikā un Eiropā. Golfa straumes „apstāšanās” varētu izraisīt temperatūras pazemināšanos tikai par dažiem grādiem.

Okeāna virsūdens straumes ietekmē klimatu galvenokārt piekrastes rajonos, kamēr okeāna termohalīnā cirkulācija lielā mērā nosaka klimatu visas Zemes mērogā. Okeānu ūdeņu globālo plūsmu raksturu veido mazāka blīvuma virsūdens plūsmas, kurās notiek pirmprodukcija (līdz ar to intensīvi asimilējot biogēnos elementus – slāpekļa, fosfora un silīcija savienojumus), un zemūdens plūsmas. Virsūdens plūsmas ūdeņi ir siltāki, piesātināti ar skābekli, bet ar ievērojami zemāku sāļu koncentrāciju (to nosaka atmosfēras nokrišņi un virszemes notece) nekā zemūdens plūsmas. Zemūdens plūsmu sāļums ir ievērojami augstāks, bet, dzīvajai organiskajai vielai nogrimstot, tās ir bagātinājušās ar biogēnajiem elementiem. Reģionālās okeānu ūdeņu sāļuma izmaiņas (piemēram, Atlantijas okeāna centrālajā daļā, ieplūstot Vidusjūras ūdeņiem) ievērojami maina ūdeņu plūsmu raksturu. Iztvaikošanas dēļ Atlantijas okeāna silto straumju nestais ūdens atdziest, bet tā sāļums ievērojami palielinās, tādējādi padarot ūdeni blīvāku. Sasniedzot okeāna ziemeļu robežu, no dienvidiem plūstošais virsmas ūdens ir jau tik blīvs, ka tas „nogrimst” zem sastaptā Ziemeļu Ledus okeāna ūdens. Jūras šaurumos abpus Grenlandei (Dāņu šaurumā starp Grenlandi un Īslandi un Deivisa šaurumā starp Bafina zemi un Grenlandi) novērojama spēcīgākā virsūdens grimšana visā Pasaules okeānā. Dziļākajos slāņos nonākušais ūdens plūst atpakaļ uz dienvidiem līdz pat Antarktīdas šelfam, kur tas papildinās ar aukstu ūdeni no Dienvidu cirkumpolārās straumes. Okeāna virskārtā nogrimušais ūdens nonāk, kad tas sasniedzis Indijas un Klusā okeānu ziemeļu šelfa nogāzes. Izmaiņas okeānu ūdeņu plūsmas raksturā Klusajā okeānā rada būtisku ietekmi uz ļoti plašu reģionu klimatu (El Niño un La Niña). Grandiozais „okeāna konveijers” (sk. 3.7. attēls) virzās lēni, tā aprites cikls ir 1400–1600 gadu, taču tā nozīme, regulējot globālo klimatu, pēc zinātnieku vairākuma domām, ir milzīga.



Pēc http://www.grida.no/graphicslib/tag/climate

http://www.grida.no/climate

Pretēji vairāku klimata modelētāju apgalvojumam, ka okeāna straumju ietekme uz sauszemes klimatiskajiem apstākļiem ir pārspīlēta, ģeoloģiskie pētījumi liecina, ka laikposmos, kad virsūdens grimšana Atlantijas okeāna ziemeļos bijusi traucēta, bet okeāna termohalīnā cirkulācija pavājinājusies vai pat pagriezusies pretējā virzienā, Eiropas klimats kļuvis ievērojami skarbāks. Apmēram pirms 12 900–11  500 gadu ledāju ledussegas atkāpšanos pārtrauca īslaicīgs aukstuma periods – Vēlais driass. Ziemeļeiropā taigas mežus no jauna aizstāja tundra, bet kalnu apvidos ledāju kušanu nomainīja jauna uzsaluma veidošanās. Neņemot vērā dažas pretrunas, vairums zinātnieku uzskata, ka Vēlā driasa pēkšņā uzsākšanās saistāma ar traucējumiem okeāna termohalīnajā cirkulācijā. Ziemeļamerikas ledāju kušanas ūdens izveidoja milzīgu saldūdens baseinu kontinenta vidienē, mūsdienu ASV un Kanādas teritorijā, tā saukto Agasī ezeru. Kad aptuveni pirms 13 000 gadu Agasī ezera ūdens pārrāva ūdensšķirtni, kas to norobežoja no Atlantijas okeāna, saldūdens ieplūda okeānā, strauji samazinot okeāna virskārtas ūdens sāļumu un blīvumu. Bija jāpaiet vairāk nekā 1000 gadiem, lai Atlantijas okeāna virsūdens blīvums atgūtu tādu pakāpi, ka varētu atjaunoties ūdens grimšana un līdz ar to arī termohalīnā cirkulācija.
Pašreiz notiekošās globālās sasilšanas kontekstā jāpiemin, ka ap 55 miljoniem gadu atpakaļ paleocēna/eocēna temperatūras maksimuma laikā, līdzīgi kā mūsdienās, notika globāla sasilšana, kuru izraisīja siltumnīcefekta gāzu koncentrācijas pieaugums atmosfērā. Okeāna ūdens strauji sasila vidēji par 7–8 grādiem, un dažu tūkstošu gadu laikā okeāna termohalīnā cirkulācija pavērsās pretējā virzienā. Zīmīgi, ka termohalīnās cirkulācijas apgrieztais plūdums turpinājās vismaz 100 100 000 gadu. Līdzīgi Vēlā driasa laikā termohalīnās cirkulācijas izbeigšanos izraisīja ūdens grimšanas pavājināšanās Ziemeļatlantijā.
Termohalīnā cirkulācija darbojas ne tikai kā temperatūru izlīdzinošs mehānisms, bet arī palīdz noglabāt okeāna dziļākajos slāņos ūdenī izšķīdušo atmosfēras CO₂. Nesen veiktie aprēķini rāda, ka pēdējo  200 gadu laikā Pasaules okeāns spējis absorbēt apmēram 1/3 daļu ( 118 ± 19 Pg C) no visa cilvēka darbības rezultātā emitētā ogļskābās gāzes daudzuma (244 ±  20  Pg C). „Okeāna konveijera” lēnās kustības dēļ lielākā daļa okeāna dziļāko slāņu ūdens šajā laikā vēl ne reizes nav bijusi saskarē ar atmosfēru. Tādējādi pašlaik tiek izmantota apmēram 1/3 daļa no Pasaules okeāna ūdens spējas absorbēt atmosfēras CO₂. Šī spēja var pilnībā realizēties tikai tad, ja okeāna termohalīnā cirkulācija darbojas normālā režīmā.