جریان‌های دورانی در دریاها

جریان‌های بزرگی که در سطح اقیانوس پدید می‌آیند، از بادهایی ناشی می‌شوند که اغلب به‌طور مداوم از این‌سو به آن‌سوی دریا می‌وزند. جریان‌های آبی نیز همانند چرخش جوی تحت تأثیر گردش زمین قرار دارند؛ اما برخلاف عاجزند؛ بنابراین  بادها از درنوردیدن توده‌های خاک کاملاً الگوی بارز جریانهای آبی سطح اقیانوس در درون هر دورانی است. در نیمکره‌ی حوضه‌ی عظیم اقیانوس تقریباً شمالی چرخش این جریانها ساعت‌گرد و در نیمکره‌ی جنوبی پادساعت‌گرد است. جریان آبی اطراف قطب که در اطراف قطب جنوب از غرب به شرق است از این الگو مستثناست. در نیمکره‌ی شمالی به علت وجود خشکی‌های حائل، هیچ جریانی مشابه جنوب وجود ندارد. آب در درون حلقه  های حاصل از دوران روی‌هم انباشته می‌شود و شکل گنبد به خود می‌گیرد، بطوریکه مثلاً در دریای سارگاسو (منطقه‌ی وسیع آب آرام شمال یک متر بالاتر از سطح اقیانوس اطلس،) سطح دریا حدوداً نزدیک‌ترین ساحل قرار دارد. اثر چرخش زمین بگونه ای است که گویا نیرویی محتویات حوضه‌ی اقیانوس را به‌سوی غرب می‌کشاند و این موضوع موجب انباشته شدن آب اقیانوس در کرانه‌ی غربی می‌شود؛ بطوریکه سطح دریا در دریای کارائیب کمی بالاتر از کرانه‌ی پاسیفیک در  مثلاً کانال پاناما قرار دارد.

شکل -1 جریان آب‌های شیرین عمقی در عمق 3000 متری به سمت جنوب
شکل ۱- جریان آب‌های شیرین عمقی در عمق ۳۰۰۰ متری به سمت جنوب

درواقع این مساله ناشی از جا ماندن آب سیال، نسبت به قسمت جامد زمین (ازجمله در کف دریا) در چرخش به دور محور زمین است؛ همان‌گونه که میدانیم، هوای سیال نیز به علت همین جا ماندن باعث ایجاد بادهای رو به غرب در ناحیه‌ی استوایی و قطبی در سطح زمین می‌شود؛ به عبارت دیگر همان‌طور که سطح آب درون سطل چرخان به حالت شیب‌دار قرار می‌گیرد، با چرخش زمین از غرب به شرق آب در پشت جبهه‌ی اقیانوس انباشته می‌شود. این مساله، حلقه‌های ناشی از دوران را به کرانه‌های غربی حوضه‌ی اقیانوس می‌فشارد و جریانهای باریک و پرسرعتی از قبیل گلف استریم را به وجود می‌آورد. برعکس، جریان برگشتی کرانه‌های شرقی حوضه‌ها، کندتر و پخش تر است. گلف استریم، به‌ویژه گرما را به شکل مؤثری به سمت شمال و سپس به‌سوی شرق اقیانوس اطلس شمالی انتقال می‌دهد؛ به این دلیل است که بریتانیای کبیر و ایرلند نسبت به بیشتر مناطقی که عرض مشابه دارند، از قبیل آرژانتین جنوبی، دارای زمستان‌های ملایم‌تری هستند. جریان‌های دیگر اقیانوس در انتقال گرما کمتر از گلف استریم مورداطمینان‌اند. به نظر می‌رسد حوزه‌ی اقیانوس آرام می‌تواند حاوی هر دو حالت تجمع آب در ساحل‌های شرقی و غربی باشد، یکی با آب سطحی گرم در غرب و آب سطحی سرد در شرق و دیگری با الگویی عکس آن. در هر دو حالت، ناحیه‌ی گرم سطح اقیانوس یک الگوی جابه‌جایی به وجود می‌آورد با بادهایی که از سوی دیگر اقیانوس به ناحیه‌ی گرم می‌وزند.

این بادها آب‌های عمیق را که سردترند پشت آب‌های گرم سطح میرانند و آب‌های سطحی را به ناحیه‌ی گرم هدایت می‌کنند و الگوی جابه‌جایی را به وجود می‌آورند؛ اما به دلایلی که هنوز مشخص نشده است این الگو بالاخره برعکس می‌شود. این پدیده، تغییرات آب و هوایی عمدهای را تا مسافت‌های دوری مانند استرالیا و آمریکای جنوبی به وجود می‌آورد. این پدیده‌ی گرم شدن سطح اقیانوس در نزدیکی  امریکای جنوبی را ال نینو می‌نامند که به الگوی کلی هر دو سال یک بار اتفاق تغییرات بستگی دارد که تقریباً میافتد و نوسان جنوبی نامیده می‌شود. مشاهداتی وجود دارد دال بر اینکه اثر نوسان جنوبی بر آب‌وهوا مقیاس جهانی دارد ازجمله اثری که بر شدت باد و بارانهای موسمی آفریقا می‌گذارد.

شکل:2 چرخهی اقیانوسی بزرگ‌مقیاس
شکل ۲- چرخه‌ی اقیانوسی بزرگ‌مقیاس

کمربند انتقالی اقیانوسی

جریان‌های حرارتی مقدار زیادی از گرمای مناطق کم ارتفاع اقیانوس اطلس در نزدیکی استوا را به مناطق مرتفعی در نزدیکی قطب شمال در اقیانوس اطلس منتقل می‌کند (شکل ۲ و ۳)کل سامانه‌ی آب و هوایی با اقداماتی که در این چرخه‌های حرارتی روی می‌دهد، سازگار است. افزایش دما در لبه‌های کلاهک‌های یخی موجب ذوب شدن آنها می‌شود که درنتیجه‌ی آن، آب‌های تیره در معرض خورشید قرار می‌گیرند و انرژی خورشیدی بیشتری را جذب می‌کنند و درنهایت سرعت ذوب را افزایش می‌دهند تا اینکه همه‌ی یخ‌ها آب شوند. با افزایش شدت ذوب، آب‌های عمیق به سمت مرزهای پایین‌تر کشیده می‌شوند. (شکل ۱)

اگر این چرخه‌های حرارتی به خاطر تغییرات اقلیمی، بسیار کند یا متوقف شوند، چه اتفاقی روی می‌دهد؟

اگر براثر ذوب یخ‌های گرینلند یا سرازیر شدن آب بیشتر از رودهای سیبری که به‌سوی  رودها به اقیانوس، مثلاً قطب شمال جاری‌اند و درنهایت نیز به اقیانوس اطلس شمالی می‌ریزند، آب اقیانوس افزایش یابد و یا براثر تغییر در الگوهای بارندگی در اقیانوس اطلس، آب اقیانوس اطلس به اندازه‌ای افزایش دهد که دیگر آب آن کاهش نیابد، آنگاه این چرخه‌های حرارتی مختل و بلکه متوقف می‌شوند (شکل ۴). اگر ازنظر تغییرات اقلیمی این مساله را بررسی کنید، بر این اساس، دمای اقیانوس اطلس شمالی بیش از ۸ درجه کاهش می‌یابد؛ که به نظر می‌رسد با گرمایش جهانی، متناقض است؛ اما این‌طور نیست زیرا این کاهش دما تنها سازماندهی مجدد گرماست. لذا وقتی اقیانوس جنوبی گرم‌تر می‌شود، کل نیمکره‌ی جنوبی گرم‌تر می‌شود؛ درحالی‌که اقیانوس اطلس شمالی سردتر می‌شود و مشکل اینجاست که این روند بر کشاورزی اروپا، اکوسیستم‌ها و پوشش یخی قطب شمال به‌شدت تأثیر دارد و با این چرخه‌های حرارتی، گرمای زیادی تولید می‌شود که برای کل سیستم تغییرات اقلیمی مزاحمت ایجاد می‌کند. همان‌طور که در شکل ۲ مشاهده می‌کنید، جریان گلف استریم آب‌های گرم و شور را به سمت شمال (قطب) منتقل می‌کند. آب‌های سرد و چگال در دریای گرینلند و حوضه‌ی لابرادور تشکیل می‌شوند.

شکل -3 شرایط همرفت فعال- نگاه دقیق‌تر و واقعی بینانه تر در وضعیت گردش جریانهای سطحی حال حاضر در اطلس شمالی. نوارهای تو پر همان جریان‌های سطحی هستند، نوارهای خط‌چین جریان متراکم عمیق آب را نشان می‌دهند. رنگ و درجه حرارت تقریبی آب را به تصویر می‌کشد
شکل ۳- شرایط همرفت فعال- نگاه دقیق‌تر و واقعی بینانه تر در وضعیت گردش جریانهای سطحی حال حاضر در اطلس شمالی. نوارهای تو پر همان جریان‌های سطحی هستند، نوارهای خط‌چین جریان متراکم عمیق آب را نشان می‌دهند. رنگ و درجه حرارت تقریبی آب را به تصویر می‌کشد

هنگامی‌که آب چگال به اندازه‌ی کافی جمع شود، (در امتداد مسیر منقطع) به سمت خط استوا جریان می‌یابند؛ هرچه حجم آب متراکم بیشتر، جریان قوی‌تر. آب‌های چگال که در امتداد مسیر منقطع حرکت می‌کنند با جریان سطحی جایگزین می‌شود. این همان چیزی است که جریانهای سطحی را به سمت شمال می‌کشاند و حرکت همرفتی را حفظ می‌کند و باعث ایجاد آب‌وهوای معتدل به‌خصوص در فصل زمستان در منطقه است. اگر بیش‌ازحد آب شیرین اضافه شود، چگالی آب در حوضه‌ی شمالی کاهش می‌یابد. برای مدتی پدیده‌ی همرفت جریانی را حفظ می‌کند، اما چون آب چگال کم می‌شود، کمکم جریانات به سمت جنوب آهسته و سپس متوقف می‌شود و این سبب کشیده شدن جریان آب گرم به سمت شمال می‌شود. همان‌طور که در شکل ۴ مشاهده می‌کنید، هنگامی‌که همرفت از بین می‌رود، گردش باد طول می‌کشد و مقدار حمل‌ونقل گرمای اقیانوس به‌طرف شمال کاهش می‌یابد. درنتیجه جریان آب گلف استریم چرخش به عقب به سمت استوا دارد و جریان آب‌های سرد اطراف حوضه‌های اقیانوس شمال به هجای جریان‌های گرم حال حاضر در گردش است. شواهد قانع کننده‌ای در یافته‌های زمین‌شناسی که در گذشته اتفاق افتاده است، وجود دارد. از اطلاعات اندازه‌گیری شوری (بیش از ۵۰ سال)، ما میدانیم که: آب شیرین در مناطق بحرانی اقیانوس اطلس شمالی تجمع یافته است. آب شیرین چگالی آب را کمتر می‌کند و جریان همرفتی تغذیه نمی‌شود و حرکت کمکم متوقف می‌شود.

پیش‌بینی آب‌وهوای آینده

پیش‌بینی تغییرات آب‌وهوا برای تصمیم گیران و برنامه‌ریزان، با اجرای صدها شبیه‌سازی اقلیمی مختلف و مدلهای ریاضی متفاوت و گزینه‌های کاهش پارامترهای کلیدی انجام می‌گیرد. زمانی که مدلی آب‌وهوای گذشته را تولید نکند (۱۸۶۰ تاکنون) کنار گذاشته می‌شود و مدلهای باقیمانده برای ارائه نقشه‌های احتمال تغییرات اقلیم تحت سناریوهای مختلف منتشر می‌شوند. این مدل‌ها نشان داده‌اند که گرمایش جهانی سطح زمین در دامنه‌ای از ۲-۴ درجه سانتی‌گراد بوده و تا ۲۱۰۰ ادامه خواهد داشت. این افزایش پیش بینی شده در دمای جهانی نسبت به هر نوع افزایش دمای گذشته در ۶ میلیون سال پیش بیشتر و بزرگ‌تر است. از منظر این شواهد برای اثرات افزایش گازهای گلخانه‌ای در ۱۰۰ سال آینده، IPCC رویکرد علمی نسبت به انتشار شواهد جدید در هر ۵ سال اتخاذ نموده است. این مساله موجب آگاهی بیشتر جامعه‌ی بین‌المللی سیاستمداران، تصمیم گیران و عموم مردم نسبت به گرمایش جهانی و پیامدهای آن و راهکارهای ارائه‌شده از سوی دانشمندان می‌شود. کلام آخر درباره‌ی دی‌اکسید کربن انسان ساختی است که وارد جو و اقیانوسها شده و مقدار pH یا اسیدیته‌ی اقیانوس‌ها را کاهش می‌دهد و نگرانیها درباره افزایش سطح دی‌اکسید کربن در زیست‌کره و انحلال صخره‌های مرجانی و اثرات آن روی جانوران ازجمله سخت‌پوستان را افزایش داده است. پیشرفت در تمامی جوانب علوم زمین نیازمند هدایت نسل امروز و حتی نسل‌های آینده در جهت حفظ سیارهی زمین برای سکونت همه موجودات زنده است.

شکل -4 شرایط همرفت متوقف- نگاه دقیق‌تر و واقعی بینانه تر در وضعیت گردش جریان‌های سطحی در زمان توقف این چرخه در اطلس شمالی. نوارهای توپرهمان جریان‌های سطحی هستند، نوارهای خط‌چین جریان متراکم عمیق آب را نشان می‌دهند. رنگ و درجه حرارت تقریبی آب را به تصویر می‌کشد
شکل ۴- شرایط همرفت متوقف- نگاه دقیق‌تر و واقعی بینانه تر در وضعیت گردش جریان‌های سطحی در زمان توقف این چرخه در اطلس شمالی. نوارهای توپرهمان جریان‌های سطحی هستند، نوارهای خط‌چین جریان متراکم عمیق آب را نشان می‌دهند. رنگ و درجه حرارت تقریبی آب را به تصویر می‌کشد

ادامه مطلب تغییر اقلیم

  1. بخش اول
  2. بخش دوم
  3. بخش سوم
  4. بخش چهارم
  5. بخش پنجم
  6. بخش آخر

این مطلب اولین بار در ماهنامه علوم زمین و معدن به قلم سحر ملکی منتشر شده است.