Leállhat-e a Föld klímáját erősen meghatározó atlanti-óceáni áramlási rendszer?

Mi is az AMOC?

Az AMOC – a Déli-óceánok átbukó cirkulációjával (angol rövidítéssel PMOC) együtt – része az úgynevezett globális termohalin cirkulációnak. Az AMOC magában foglalja a felszínen és nagy mélységekben található atlanti áramlatokat, amelyeket a szelek és az óceáni átkeveredés, valamint a hőmérséklet és a sótartalom változásai hajtanak. Az AMOC részeként a szél által hajtott felszíni áramlatok (például a Golf-áramlat) sósabb vizei az Atlanti-óceán egyenlítői részéről a sarkok felé haladnak, útközben lehűlnek, sűrűségük megnő, és végül a mélybe süllyednek a magasabb szélességi körökön található ún. mélyvíz-formálódási régiókban (1. ábra).

Míg az alábukott tengervíz nagy része a Déli-óceánokban emelkedik a felszínre, a legrégebbi vizek (kb. 1000 éves tranzit idővel) a Csendes-óceán északi részén emelkednek fel, és a teljes rendszert az antarktiszi cirkumpoláris áramlás (angol rövidítéssel ACC) köti össze.

A feláramlási régiókban intenzív hő-, oldott oxigén-, szén- és tápanyag-csere zajlik, és ezért nagyon fontosak az óceán ökoszisztémái és szén-dioxid-elnyelő funkciója, valamint a teljes klímarendszer szempontjából.

Ez különösen világos, ha az AMOC révén lezajló 17–18 Sv-os (Sv=Sverdrup, 106 m3/s) víz- és ~1,3 PW-ot (petawatt, 1015 W) kitevő hőtranszportra gondolunk. Összehasonlítva, a Föld legnagyobb folyója, az Amazonas által szállított víz mennyisége 0,2 Sv.

A meleg egyenlítői területekről a hő a pólusok felé szállítódik, aminek nagy része a légköri cirkuláció révén realizálódik, de a meleg felszíni óceáni áramlatok is fontos szerepet játszanak.

Az Atlanti-óceán esetén a hőtranszfer nagy része a Golf-áramlatnak köszönhető, amely annak északnyugati ágával, az észak-atlanti-áramlattal együtt fontos szerepet játszik Északnyugat-Európa éghajlatának alakításában.

Az AMOC ezen felül jelentős szerepet tölt be a szén-dioxid-elnyelésben is. A feláramlási zónákban nagy mennyiségű tápanyagot juttat a felszíni vizekbe, elősegítve a fitoplankton növekedését, és ezáltal növelve a tengeri elsődleges produkciót. A feláramló víz alacsony koncentrációjú oldott szén-dioxidot tartalmaz, mivel ez a tengervíz viszonylag idős (általában 200-400 éves vagy még idősebb), és nem volt kitéve az antropogén eredetű légköri szén-dioxid-növekedésnek. Emiatt ez a tengervíz nagyobb mennyiségű szén-dioxidot köt meg, mint a telítettebb felszíni vizek. Míg a Déli-óceán globális értelemben messze a legerősebb óceáni szén-dioxid-elnyelő, addig az Észak-Atlanti-óceán az északi félteke legnagyobb szén-dioxid-elnyelője.

Az AMOC a geológiai múltban

Az AMOC a geológiai múltban nem mindig létezett, a földtörténet utolsó 150-200 millió évének nagy részében az északi féltekén ez a típusú cirkuláció a júra időszakban kialakuló és azóta létező Csendes-óceán északi részén zajlott. A paleoklimatikus bizonyítékok azt mutatják, hogy a cirkuláció áthelyeződése a Csendes-óceánról az Atlanti-óceánra 34 millió évvel ezelőtt, az eocén-oligocén átmenet idején történt, amikor az Északi-sarkvidék és az Atlanti-óceán közötti átjáró bezárult. Az óceánok áramlása a miocén (mintegy 23 és 5 millió évvel ezelőtti időszak) során kezdett igazán a ma ismert szerkezet felé fejlődni, valószínűleg számos tektonikai változás, például bizonyos óceáni átjárók megnyílása és bezárulása miatt. Összességében a miocén korai szakaszának jellemzői, mint például a mélyebb Panama-csatorna és az alacsonyabb hegyvonulatok (pl. Tibeti-fennsík és a Sziklás-hegység) miatt, inkább a Csendes-óceánban, mint az Atlanti-óceánban volt jellemző a mély cirkuláció. Paleoklíma modellek szerint ebben a periódusban a Déli-óceánokban a mélytengeri áramlás hasonló volt a maihoz, míg az Atlanti-óceán északi részén gyengébb volt annál.

Az ezt követő pliocén (mintegy 5-2,5 millió évvel ezelőtt) során az AMOC némileg gyengébb, míg a PMOC intenzívebb volt, mint az iparosodás előtt. A geológiai „közelmúltban”, a pleisztocén első szakaszában egy erősödő AMOC rekonstruálható, míg az utolsó mintegy 1 millió év eljegesedései során egy csökkent AMOC-ra utalnak az adatok. Itt érkezünk el a földtörténet legizgalmasabb szakaszához a jelenkori klímaváltozás AMOC-ra való hatásának megismerése szempontjából.

Mivel az AMOC „működése” a különböző hőmérsékletű és sótartalmú óceánvízrétegek közötti kölcsönhatások sorozatától függ, nem statikus, hanem kis, ciklikus változásokon és nagyobb, hosszú távú eltolódásokon megy keresztül külső hatásokra reagálva. Ezen eltolódások közül sok az utolsó eljegesedés során (115.000 – 11.700 évvel ezelőtt) következett be, összesen 25 hirtelen hőmérséklet-ingadozást produkálva a féltekék között; ezeket az ingadozásokat Dansgaard–Oeschger (D-O)-eseményeknek nevezik. A D-O események leginkább arról ismertek, hogy Grönlandon (és az egész észak-atlanti régióban) több évtized alatt 8-15 °C közötti gyors felmelegedés (interstadiális) következett be, de ezen eseményekkel párhuzamosan a Déli-óceánon lehűlések történtek.

Ez összhangban van azzal, hogy a megerősödött AMOC több hőt szállíthatott az egyik féltekéről a másikra, azaz a hő féltekék közötti újraelosztását érintette. Az északi féltekén bekövetkezett jelentős felmelegedést tehát ellensúlyozta a déli féltekén bekövetkezett lehűlés, így a globális hőmérséklet alig változott, de az északi félteke felmelegedése kiterjedt jégtakaró-olvadást okozott. Ezáltal az óceán vize édesebbé vált, gyengítve a cirkulációt és megállítva a D-O felmelegedést. A gyengült AMOC ezt követően kevesebb hőt szállított poláris irányba, ami egy több száz éves lehűléshez (stadiálishoz) vezetett, egyre kiterjedő jégtakarókkal és tengeri jéggel. Bizonyos stadiálisok során a Laurenciai-jégtakaró instabillá vált, ami hatalmas jéghegy-leszakadási eseményeket produkált; ezeket Heinrich-eseményeknek nevezzük, ami ismét az AMOC gyengüléséhez és leállásához vezetett.

Korábbi tanulmányok szerint a jégkorszakok idején az AMOC háromféle módban működött: interstadialis (felmelegedési), stadialis (lehűlési) és Heinrich-módban, amelyek rendre az erős, gyenge és leállt AMOC-nak felelnek meg. Az is világos azonban, hogy az „édesvíz-kényszer” és az AMOC erőssége közötti kapcsolat erősen függ az éghajlati és óceáni háttérállapottól.

Az AMOC csak kisebb változásokat mutatott a jelenkor (holocén, 11.700 éve) során, amiben ma is élünk. 9,2–8 ezer évvel ezelőtt egy gyengülés mutatható ki, ami egybeesett az észak-atlanti olvadékvíz-beáramlásokkal, majd 6,5 ezer évvel ezelőttől kezdve az AMOC stabilizálódott, és elérte az iparosodás előtti állapotát (~18 Sv).

Akárhogy is, az AMOC múltbeli állapotváltozásai tanulsággal szolgálhatnak arra vonatkozóan, hogy mit várhatunk a jövőben.

Az éghajlatváltozás az AMOC-ra úgy hat, hogy egyfelől a felszíni vizek melegebbé válnak, másfelől pedig csökken azok sótartalma főként a Grönlandról származó olvadó jég nagy mennyiségű édesvíz-hozzáadódása, illetve az Atlanti-óceán északi részén megnövekvő csapadékmennyiség miatt.

Mindkét hatás növeli a felszíni és a mélyebb óceáni rétegek közötti különbséget, ezáltal megnehezítve a cirkulációt előidéző fel- és leáramlást.

Mi várható a következő évtizedekben?

Mint az a fenti összefoglalóból kiderült az AMOC múltbeli viselkedésére vannak geológiai adatok és modellezési eredmények, azonban a jelenkori működésére vonatkozóan a legmegbízhatóbb adatokat a RAPID mérőhálózat és az Argo-flotta műszerei biztosítják. Ezek a mérések 2004 óta állnak rendelkezésre (2. ábra), így mostanra nagyjából 20 év mérései bizonyítják, hogy az AMOC-ot jelentős éves és évtizedes változékonyság jellemzi. Így például az AMOC a februári minimuma (5-10 Sv) és a nyár végi (szeptemberi) maximuma (25-30 Sv) között jelentős ingadozást mutat, és míg 2004-2012 között gyengült, ezt követően némileg erősödni kezdett, mostanra pedig ismét gyengülő trendet mutat.

Ha a teljes feldolgozott megfigyelési időszakot vizsgáljuk (2004-2023), akkor az AMOC 1 Sv/évtized rátájú gyengülése figyelhető meg. Ugyanakkor, mivel a megfigyelési adatok az éghajlati időskálákhoz képest még mindig nagyon rövidek, egyelőre nem világos, hogy az AMOC az antropogén hatásokra reagálva valóban gyengülni kezdett-e, mint azt az éghajlati modellek és a proxy-alapú rekonstrukciók egy része sugallja, vagy ez egy több évtizedes variabilitás része.

A korábbi években komoly viták alakultak ki az AMOC lehetséges jövőbeni leállása kapcsán, és statisztikai modellek alapján felmerült, hogy az AMOC közel lehet egy kritikus átmenethez vagy billenőponthoz. Mások ennél továbbmentek és tengerfelszíni hőmérsékletadatok alapján, de hasonló statisztikai modellek révén az átfordulási pontot 2065 körülre jósolták, egy 2037-re tehető lehetséges legkorábbi átbillenési időponttal.

Bár maga a módszertan is kérdéses, azonban az AMOC-kal kapcsolatos fentebb említett megfigyelések szerint

a jelenlegi AMOC-trendek valószínűleg nem érnek el olyan küszöbértékeket, amelyeknél ez az átfordulás 2040-2060 előtt megvalósulhatna.

Ha azonban ez a szélsőséges forgatókönyv még is reális, akkor ennek az évtizedednek a végére ez észlelhetővé válna a RAPID hálózat műszeres adataiban.

A grönlandi jégtakaró jelenleg gyors ütemben olvad, és az ebből származó olvadékvíz-beáramlások – amint azt a fent említett geológiai bizonyítékok is mutatják – jelentős hatással lehetnek az AMOC-ra. Egyelőre azonban úgy tűnik, hogy a megfigyelt édesvíz-anomáliák még nem gyakoroltak jelentős hatást az AMOC-ra, és valószínű, hogy ezekre a hatásokra az AMOC kevésbé érzékeny, mint korábban gondolták. Ezt erősíti egy 2024-es tanulmány is, amelyben az utolsó eljegesedés jéghegy-leválási eseményeit vizsgálták a fent említett Heinrich-események idején, amikor ezek az események valóban jelentősen befolyásolták az óceáni áramlatokat.

A szerzők megállapították, hogy a mai grönlandi jégtakaró jéghegy-leválásai hasonló üteműek, mint az említett Heinrich-események során. Mivel azonban az olvadás miatt a grönlandi jégtakaró visszahúzódik a partoktól, ahol a jéghegyek keletkeznek,

a jéghegyek leválása nem tart elég sokáig ahhoz, hogy önmagában jelentős zavart okozzon az Atlanti-óceán cirkulációjában.

Korábban az AMOC közelmúltbeli „viselkedésére” vonatkozó következtetések egy része a tengervízfelszíni hőmérséklet-anomáliákra alapozódott, de a legújabb eredmények szerint ezek nem reprezentálják megfelelően az AMOC-ot. Ezzel szemben a légkör-óceáni hőfluxus-anomáliák évtizedes időskálán szorosan kapcsolódnak az AMOC anomáliáihoz, és ezen adatok alapján úgy tűnik, hogy az 1963 és 2017 közötti időszakban az AMOC nem gyengült. Ha az AMOC jobban függ a szelektől, mint azt általában gondoljuk, akkor ellenállóbb az összeomlással szemben. Éppen erre mutat rá egy idei tanulmány, miszerint a Déli-óceánban megjelenő, szél által hajtott óceáni feláramlás még magasabb üvegházgáz-szintek és felmelegedés mellett is képes fenntartani egy gyengült AMOC-ot, így annak összeomlása ebben a században valószínűtlen.

Összefoglalva, jelenleg a legvalószínűbb forgatókönyv, hogy

a felmelegedéssel az AMOC lassulni fog a következő évtizedekben, egyes modellek szerint 20-40%-kal a század végére, de annak összeomlása 2050-ig igen kis valószínűséggel következhet csak be.

Fontos azonban megjegyezni, hogy a legújabb CIMP6 modellek szerint a mély konvekció (a hőmérséklet- és sűrűségkülönbség miatt kialakuló leáramlás) és az AMOC lassulása, illetve esetleges leállása erősen függ az üvegházgáz-kibocsátásoktól, így ennek korlátozása kulcsfontosságú a jövő szempontjából.

A címlapkép illusztráció. Címlapkép forrása: Portfolio