Wszyscy jesteśmy przyzwyczajeni do zielonych krajobrazów i surowych górskich widoków, które definiują Ziemię, na której żyjemy, ale z kosmosu jasne jest, że żyjemy na błękitnej planecie. Pomimo ekstremalnej słoności, nieprzewidywalnej natury i bezprecedensowego wpływu na naszą pogodę, ten niesamowity zbiornik wodny jest niezbędny dla całego życia na Ziemi.
Helen Chersky, brytyjska oceanografka i prezenterka, poświęciła swoją karierę na badaniu oceanów. W swojej nowej książce The Blue Machine: How the Ocean Works (W.W. Norton & Company, 2023) bada, w jaki sposób ogromna masa wody otaczająca naszą planetę stworzyła świat, w którym żyjemy dzisiaj, i dlaczego w niektórych miejscach jest mnóstwo życia. Podczas gdy inne nie, jak cywilizacje powstały wokół prądów oceanicznych i dlaczego działają jak bateria Ziemi, zasilając jej systemy pogodowe.
W tym wywiadzie opowiada nam o tym, co napędza ten oceaniczny silnik, porównuje go do dobrego koktajlu i wyjaśnia, jaka będzie następna wielka granica oceaniczna.
Alexander McNamara: W swojej książce opisujesz ocean jako silnik, ale co właściwie przez to rozumiesz?
Helena Czerska: Definicja silnika to coś, co przekształca każdą energię cieplną w ruch, co właśnie robi ocean.
Na górze znajduje się ciepła warstwa, która może osiągnąć wysokość 100 metrów [330 feet] Jest gruba, na dnie jest woda, jest dużo zimniej i są w niej warstwy.
Ale mimo że góra i dno oceanu są nieco od siebie oddzielone, w pobliżu biegunów, w miejscu ich połączenia, znajdują się zatyczki, a to połączenie napędza cyrkulację, gdy woda opada, ślizga się po dnie oceanu przez kilkaset lat, a następnie powraca. gdzieś indziej.
To właśnie robi silnik na większą skalę, przenosząc ciepło z równika na bieguny. To właśnie ten fizyczny popęd, z wszystkimi tymi cechami i całą anatomią, sprawia, że rzeczy się dzieją, a ich rezultaty wpływają na zwierzęta i ludzi. Cały kształt ziemskich cywilizacji jest w pewnym sensie kształtowany przez działanie napędu oceanicznego.
AM: Większość ludzi, postronni obserwatorzy, spojrzą na ocean i zobaczą, że jest całkiem płaski. Może w wietrzny dzień będzie trochę wzburzony, ale sądząc po dźwiękach, pod spodem dużo się dzieje.
Wysoki Komisarz: Są więc dwie rzeczy, które wprawiają silnik w ruch – fakt obrotu Ziemi i gęstość wody.
Zwykle myślimy, że skoro możemy zamieszać łyżką, bardzo łatwo jest wymieszać wodę, ale generalnie tak nie jest, trzeba włożyć w to energię, a łyżka jest tylko narzędziem do jej przenoszenia. Ocean jest taki sam.
Wyobraź sobie warstwowy koktajl, który możesz wypić, jeśli będziesz ostrożny [liquid] Aby usiąść na innym. Działa to tylko wtedy, gdy ułożysz je we właściwej kolejności, ponieważ góra jest mniej gęsta niż ta pod nią i jest mniej gęsta niż ta poniżej.
[In the ocean]Jeśli masz cieplejszą i mniej gęstą wodę, będzie ona znajdować się na górze. Jeśli pod spodem będzie zimna woda, pozostanie ona na dnie i nie będą się mieszać. To tak jak z warstwami koktajlu – nie ma energii, żeby go wymieszać, żeby tam pozostał.
Zatem nad oceanem znajduje się ciepły koc – nazywa się to warstwą mieszaną, ponieważ woda w nim się miesza – ale nie miesza się z tym, co jest pod spodem, a ważnym powodem jest to, że rzeczy wypadają z mieszanej warstwy. Często są to części życia, części życia przenoszące składniki odżywcze. To są atomy potrzebne do stworzenia życia, prawda? Potrzebujesz azotanów, trochę fosforu, trochę żelaza – potrzebujesz tych rzeczy, a one mają tendencję do wypadania z wymieszanej warstwy.
Problem w tym, że jeśli upadną, nie będą mogli się podnieść. Teoretycznie więc na Ziemi nie powinno być żadnego życia, ponieważ światło słoneczne jest tam w górze i tworzy się ciepły koc, z którego spadają składniki odżywcze. Potem, po pewnym czasie, się wyczerpuje i mamy osobny ocean z substancjami odżywczymi na dole, gdzie nie ma światła słonecznego, i na górze, gdzie nie ma żadnych składników odżywczych i wszystko stoi w miejscu.
Dlatego w środku dużych basenów oceanicznych, na przykład na środku Pacyfiku, nie ma zbyt wiele życia, ponieważ separacja jest tak silna. Nic nie może żyć.
Jedynym powodem, dla którego istnieje życie w oceanie, jest to, że można przełamać ten paradoks. Dzieje się tak w pobliżu krawędzi, gdzie występują okresy wahań, oraz w pobliżu biegunów, gdzie górna warstwa i dolna warstwa mogą się połączyć. Dlatego warstwy są ważne, a gęstość decyduje o warstwach.
Oczywiście ocean porusza się znacznie bardziej na boki niż w górę i w dół, zazwyczaj z powodu ciśnienia wiatru na powierzchni i dlatego, że znajdujemy się na obracającej się planecie. Następnie wkraczasz w świat wirów i kręgów, gdzie możesz tworzyć prądy o ciekawych kształtach, ograniczonych oczywiście kontynentami i przerwami między kontynentami.
Jeśli chodzi o ciepło, oczywiście słońce znajduje się nad równikiem, więc następuje bardzo bezpośredni dopływ dużej ilości energii, a te prądy krążące przyciągają ciepłą wodę w kierunku biegunów, wpychając zimną wodę głębiej. Mamy do czynienia z transferem ciepła netto do biegunów i w ten sposób ciepło jest rozprowadzane dookoła.
Tak naprawdę ocean jest baterią Ziemi. To tutaj magazynowana jest energia słoneczna, którą następnie wykorzystuje się do sterowania pogodą. Może napędzać pogodę, podgrzewając ją, co napędza huragany, i może wpływać na lokalizację lodu. Zatem ciepło jest w rzeczywistości magazynem energii, a otoczenie określa, gdzie to ciepło się znajduje i gdzie jest przekazywane.
Amy: Mówisz, że powolne poruszanie się tych prądów zajmuje setki lat, ale jak? Bo pomyślałem, że jeśli połączymy razem wodę, będzie ona płynęła i mieszała się w zależności od tego, jak szybko ją poruszaliśmy – czy ocean działa w inny, znacznie wolniejszy sposób?
Jedynym powodem, dla którego istnieje życie w oceanie, jest to, że można przełamać ten paradoks
Wysoki Komisarz: Cóż, widzisz to. Jeśli na przykład masz łazienkę, w której puszczasz ciepłą wodę, a potem stwierdzasz, że jest za gorąco, powinieneś dolać trochę zimnej wody do jednego jej końca. Jeśli zrobisz to, gdy woda będzie całkowicie spokojna i będziesz ją mieszał, upłynie dużo czasu, zanim obie strony zaczną się mieszać – a to tylko rozmiar wanny.
Ocean napędzany jest głównie przez wiry, a utworzenie wiru wymaga energii. Jeśli nie ma żadnych wirów, nie ma powodu, aby masy wody się mieszały, więc nie mieszają się. Ale problem oceanu jest taki, że w systemie nie ma wystarczającej ilości energii, aby to wszystko wymieszać. Jeśli w ogóle nie będzie przesuwania, będziesz mieć idealne warstwy, nic się nie poruszy i nic się nie stanie, ale jeśli będzie dużo przesuwania, wszystko będzie takie samo. Jest taki umiarkowany kawałek pośrodku, w którym jest wystarczająco dużo akcji, aby uczynić film interesującym, ale nie na tyle, aby znów stał się nudny.
AM: Czy zawsze tak było?
Wysoki Komisarz: Nie, właściwie jest zupełnie inaczej. I oczywiście jest to rodzaj rzeczy, w której można zastosować bardzo sprytną technikę datowania, która bada osady na dnie oceanów, próbki lodu i tym podobne.
W prawie wszystkich oceanach świata, nie w Arktyce, ale prawie wszędzie indziej, ciepła woda na górze i na dole jest znacznie chłodniejsza. Na przykład na dnie północnego Atlantyku temperatura prawdopodobnie wyniesie 4–5 stopni Celsjusza [39 to 41 degrees Fahrenheit]nawet gdy osiągnie 30 stopni [C, or 86 F] Na powierzchni jest więc dużo chłodniej. Ale były okresy w przeszłości Ziemi, kiedy ciepło pod spodem łatwiej się mieszało, a w głębinach oceanów temperatura sięgała 15 stopni Celsjusza [59 F].
Ale miejscem, w którym łamana jest ta zasada, jest Ocean Arktyczny, ponieważ na powierzchni jest zimno – wystarczająco zimno, aby zamarznąć, w porządku – ale pod spodem znajduje się warstwa, która jest znacznie cieplejsza i zawiera wystarczająco dużo ciepła, aby stopić cały lód. Dzisiaj lód. Ciepło to jest zatrzymywane na głębokości, a powodem, dla którego znajduje się na dnie, jest to, że jest bardzo słone, przez co jest gęstsze niż słodka woda na górze. Nawet w dzisiejszych oceanach nie tylko temperatura powoduje powstawanie warstw, ma na to wpływ także sól.
AM: Zaskoczył mnie fakt, że pod Biegunem Północnym znajduje się ogromna plama słonej wody. Czy to jakiś problem i jak się tam dostałeś?
Wysoki Komisarz: Staje się więc słony z powodu tworzenia się lodu. Istnieją dwa rodzaje lodu: lód lądowy i lód morski. Lód lądowy powstaje, gdy woda wyparowuje z oceanu, jest odprowadzana na bok, opada w postaci deszczu lub śniegu i zamarza. Ale lód morski pojawia się, gdy powierzchnia samego oceanu zamarza.
Rzecz w tym procesie polega na tym, że cząsteczki wody zatrzymują się w tej stałej strukturze, jaką jest lód, i ponieważ cząsteczki wody są tak obce, że w tej strukturze nie ma miejsca na sól, sód czy chlorek, które są dwoma składnikami, i magnez, i wszystkie inne sole, dostajesz się do oceanu. Dzieje się tak, że woda tworzy mały kryształ, a wszystkie cząsteczki łączą się na swoich miejscach, a sól zostaje wyciśnięta.
Dlatego podczas tworzenia się lodu bezpośrednio pod nim powstaje słona woda, która opada. Rzecz w tym, że jeśli przestaniesz produkować lód, wygenerujesz mniej soli i prawdopodobnie zmienisz ten system. To naprawdę interesujące, te różne konfiguracje, jakie może mieć ocean.
Oczywiście całość jest w ciągłym ruchu. Jeśli spojrzysz na kulę ziemską na szczycie Bieguna Północnego, zobaczysz dwa bardzo wąskie wejścia, są one w pewnym sensie ograniczone, jest tylko kilka wejść i wyjść. Cokolwiek tam było, musiało przejść przez te wąskie szczeliny, więc zaczynamy widzieć wpływ Oceanu Spokojnego wdzierającego się do Oceanu Arktycznego. W przeszłości Ocean Atlantycki i Pacyfik znajdowały się nieco na zewnątrz, a teraz zaczynają przeciskać się przez te wąskie szczeliny, zmieniając strukturę Arktyki.
AM: Myśląc o przyszłości oceanu, gdzie w ogóle jest dla nas kolejna wielka granica?
Wysoki Komisarz: Oczywiście ważniejsze pytanie brzmi: jak to się zmieni pod wpływem zmiany klimatu. Istnieją poważne pytania dotyczące tego, w jaki sposób substancje przenoszone przez ocean, na przykład tlen, zmieniają kształt silnika oceanicznego, ponieważ ma on dodatkową energię i zmienia swoje działanie. Tak więc, jeśli spowolnisz tę cyrkulację, zmienisz ilość tlenu, a w głębinach oceanu będzie to ważne na przykład dla wszystkiego, co próbuje oddychać.
Zatem tak, uważam, że nadal istnieją poważne, dramatyczne pytania, ale musimy być realistami. Musimy zrozumieć, jak działa cała ziemska maszyna, abyśmy mogli z nią współpracować, a nie przeciwko niej, czego dotychczas nie udało nam się zrobić.
Nota wydawcy: Ten wywiad został zredagowany i skrócony dla przejrzystości.