Czy Golfsztrom zniknie, a Europę i Polskę czeka ochłodzenie?

Gdy Juan Ponce de León, hiszpański konkwistador i odkrywca Portoryko, dotarł do wybrzeży Florydy w 1513 roku, zauważył tam „prąd, który nie pozwala płynąć nawet przy sprzyjających wiatrach” – pisze Jerry Wilkinson. Był to prawdopodobnie pierwszy opis Prądu Zatokowego (zwanego również Golfsztromem).

Jego nieświadomym odkrywcą był jednak już Krzysztof Kolumb, co widać na mapie i ładnie zilustrował Simon Netchev. Wszystkie podróże Kolumba do Ameryki odbyły się wzdłuż Prądu Północnorównikowego, do Europy zaś z Golfsztromem.

Na dobre ten ruch wód w oceanie zaciekawił dopiero Benjamina Franklina w 1769 roku. Powodem były skargi, że przesyłki z Anglii do wybrzeży Ameryki płyną kilka tygodni dłużej niż w odwrotną stronę. Franklin zlecił kapitanowi jednego z wielorybniczych statków sporządzenie mapy prądów morskich. Ten na podstawie tras wędrówek wielorybów, koloru wody i pomiarów jej temperatury stworzył mapę Golfsztromu. Wydrukowano jej kilkaset kopii, aby kapitanowie mogli przyspieszyć morskie podróże między Anglią a jej ówczesnymi koloniami w Ameryce Północnej. Niestety mapa została przez nich zignorowana.

Współczesne kontenerowce nie ignorują prądów oceanicznych. Choć średnio płyną trzy razy szybciej (33-36 km/h) niż najszybsze klipery (12 km/h), starają się podążać z Prądem Zatokowym lub go unikać, gdy zmierzają w przeciwnym kierunku niż jego wody. Pozwala to zaoszczędzić sporo paliwa, bowiem Golfsztrom niesie pięćset razy więcej wód niż Amazonka, a jego prędkość wynosi przeciętnie około 6,4 km/h, u wybrzeży Florydy przekraczając 9 km na godzinę.

Centralne ogrzewanie Europy

Ogrzane przy równiku wody Atlantyku, podążające jako Golfsztrom na północny zachód, docierają do Europy i ogrzewają chłodne powietrze spływające z wysokich szerokości geograficznych (zwane powietrzem polarnym). Dzięki temu europejskie zimy są znacznie łagodniejsze niż na podobnych szerokościach geograficznych w Ameryce Północnej czy Azji.

Klimat Paryża jest dużo łagodniejszy niż Vancouver, choć oba miasta leżą odpowiednio na 48 i 49 równoleżniku północnym. Klimat Rzymu jest dużo cieplejszy niż Nowego Jorku, choć oba leżą około 40 stopni na północ od równika.

Zimowe powietrze nad oceanem na zachód od wybrzeży Norwegii jest przeciętnie o ponad 20 stopni Celsjusza cieplejsze niż powietrze na tych samych szerokościach geograficznych innych miejsc globu. Jest to jedna z większych anomalii temperatur na naszej planecie (twierdzi „Encyclopædia Britannica”). Zimą nie zamarza nawet port w Murmańsku położony za kręgiem polarnym, na północy Półwyspu Kolskiego.

W Kornwalii i Devonshire na południowym zachodzie Anglii można uprawiać cytrusy (w ziemi, nie w szklarniach), choć zwykle jedynie w wąskim pasie wzdłuż wybrzeża. Tamtejszy łagodny klimat pozwala na uprawę niektórych odmian warzyw i kwiatów przez cały rok. Nijak nie udałaby się to w kanadyjskim Calgary, położonym z grubsza na tej samej szerokości geograficznej.

Obieg w poziomie i w pionie

Golfsztrom jest częścią systemu nazwanego AMOC (Atlantic Meridional Overturning Circulation) po polsku zaś atlantycką południkową cyrkulacją wymienną. Ja będę nazywać ją po prostu „cyrkulacją północnoatlantycką”.

Istotne jest to, że ta cyrkulacja oceanicznych wód odbywa się także w pionie. Gdy ciepłe wody zmierzają na północ, wskutek parowania tracą ciepło i zwiększa się ich zasolenie. Chłodniejsza i bardziej zasolona woda jest cięższa i opada na dno. Zabiera przy tym ze sobą chłodne wody z okolic podbiegunowych, które stopniowo unoszą się i ogrzewają na półkuli północnej (stąd „cyrkulacja wymienna”).

Paleoklimatolodzy Willi Dansgaard i Hans Oeschger opisali ponad 25 gwałtownych zmian klimatu podczas ostatniej epoki lodowcowej. Te ocieplenia, podczas których średnie temperatury rosły przeciętnie aż o 5 stopni Celsjusza, trwały jedynie 30-40 lat. Po nich następowało trwające kilkaset lat ochłodzenie. Zjawiska te nazywane są zdarzeniami Dansgaarda-Oeschgera (lub D-O). Ich przyczyna nie jest do końca jasna, ale mocnym podejrzanym jest dopływ większych ilości słodkich wód z topniejących lodowców do Atlantyku, co zaburzało jego prądy.

Naukowców martwi zwłaszcza topnienie lądolodu Grenlandii. Spływające z nich masy słodkiej wody mogą osłabić lub zatrzymać złożony system cyrkulacji północnoatlantyckiej.

Golfsztrom słabnie od 150 lat

Badania osadów i pozostałości morskich zwierząt sugerują, że Golfsztrom słabnie przynajmniej od 150 lat, wskazywali badacze w pracy opublikowanej w „Nature” w 2018 roku. W drugiej pracy w tym samym numerze „Nature” inny zespół opisywał, że bezpośrednie pomiary (prowadzone od około 120 lat) wyraźnie wskazują na osłabienie cyrkulacji północnoatlantyckiej w drugiej połowie ubiegłego stulecia, mniej więcej o 15 procent.

Wtedy też w wypowiedzi dla „The Guardian” prof. Stefan Rahmstorf, jeden z najbardziej cenionych oceanografów i klimatologów, przypominał, że z badań ziemskiego klimatu wynika, iż załamania cyrkulacji północnoatlantyckiej w przeszłości pociągały za sobą najbardziej gwałtowne i brzemienne w skutki zmiany klimatu.

W maju 2021 roku w „Nature Climate Change” naukowcy opublikowali pracę opartą na analizie danych z ostatnich stu tysięcy lat. Wnioskowali, że AMOC ma dwa „tryby”. W pierwszym jego prąd jest szybki i silny (tak jest obecnie). Może jednak przejść w stan dużo słabszy i wolniejszy. Takie przejście między obydwoma zdarza się, gdy rosną temperatury (jak obecnie).

Zmiana zachodzi szybko, bo w ciągu zaledwie dekady do pięciu (co jest zaskakująco bliskie długości trwania ciepłego okresu zdarzeń Dansgaarda-Oeschgera).

Najnowsza analiza opublikowana w „Science Advances” w połowie kwietnia tego roku szacuje, że do końca tego stulecia wody krążące w północnym Atlantyku zwolnią od 42 do 58 procent. Sugeruje to późniejsze załamanie i przejście w „tryb powolny”. Prof. Rahmstorf w wypowiedzi dla „The Guardian” skomentował tę pracę tak: „To ważny wynik i budzi niepokój. Wskazuje, że pesymistyczne modele, które wskazują na osłabienie AMOC-u do końca stulecia, są niestety realistyczne i lepiej zgadzają się z danymi obserwacyjnymi”.

Dodał, że niepokoi go, że do przejścia punktu krytycznego może dojść już w połowie stulecia, a to całkiem niedługo.

W innej pracy, opublikowanej w marcu w „Nature Communications Earth & Environment” autorzy przedstawiają symulacje, z których wynika, że słabnięciu cyrkulacji północnoatlantyckiej powinna towarzyszyć wędrówka Golfsztromu na północ – będzie dłużej podążał wzdłuż wybrzeży Ameryki Północnej, zanim odbije na wschód. Z pomiarów zaś wynika, że Golfsztrom przez ostatnie trzy dekady przesunął się o 50 km na północ.

Błyskawiczne ochłodzenie? Nic z tych rzeczy

Topos ten ponad dwadzieścia lat temu wykorzystali twórcy filmu „Pojutrze” (z 2004 roku). Jego cała fabuła zasadza się na załamaniu atlantyckiej cyrkulacji i zmianie klimatu z obecnego na lodowcowy. Filmowy efekt jest tyleż dramatyczny, co komiczny, gdyż lód skuwa Północną Amerykę i Europę w ciągu kilkunastu godzin.

Czy rzeczywiście, gdy cyrkulacja północnoatlantycka, czyli AMOC, ustanie, zniknie też ogrzewający Europę Golfsztrom, a nasz kontynent czeka drastyczne ochłodzenie? Nic z tych rzeczy.

Możliwemu ryzyku takiego scenariusza, przyjrzeli się w 2021 roku autorzy szóstego raportu Międzyrządowego Panelu do Spraw Zmian Klimatu. Na podstawie danych pomiarowych i modeli klimatycznych stwierdzili w nim, że nie ma szans, by ciepły Prąd Zatokowy zanikł.

Nawet przy osłabionej cyrkulacji oceanicznej, nadal napędzać go będzie cyrkulacja atmosferyczna (wiejące na zwrotniku pasaty i przeciwne wiatry na północnym Atlantyku). To ona wprawia w ruch wody północnego Atlantyku w kierunku wskazówek zegara. Jej wpływ na Golfsztrom jest wielokrotnie (2 do 10 razy) silniejszy niż AMOC-u.

Nie jest dziś też jasne, czy w starciu globalnego ocieplenia i ewentualnego załamania AMOC-u wygra ochłodzenie, czy ocieplenie. W tej dyskusji jest jeszcze jeden ważny, a pomijany wątek.

Otóż to nie prądy morskie ogrzewają Europę. Powszechne przekonanie, że odpowiadają za to ciepłe wody Golfsztromu, jest raczej błędnym uproszczeniem, wyjaśniał w 2006 roku na łamach „American Scientist” klimatolog Richard Seager.

Co się stanie, gdy wyłączyć prąd (oceaniczny)? Nic

Jak to, zakrzyknie ktoś, przecież w Europie jest cieplej niż na tej samej szerokości geograficznej w Kanadzie czy USA. Jeśli to nie ciepło niesione przez Golfsztrom ogrzewa nasz kontynent, co w takim razie sprawia, że jest cieplej niż na tych samych szerokościach geograficznych w Ameryce Północnej?

Sama obecność oceanu – wyjaśnia Seager. Woda ma bardzo wysoką pojemność cieplną (dużo wyższą niż gleba i skały lądów). Ogrzewa się powoli, ale równie powoli oddaje ciepło. Efekt ten potęguje również to, że od słońca nagrzewa się jedynie wierzchnia warstwa kilkudziesięciu centymetrów lądów, a woda kilka metrów w głąb oceanu.

Dzienne i sezonowe wahania temperatur są zawsze mniejsze w pobliżu zbiorników wodnych i tym mniejsze, im są one większe. Sama bliskość wód Pacyfiku i zróżnicowana linia brzegowa Europy sprawiają, że lata są na naszym kontynencie mniej upalne, a zimy łagodniejsze niż w Ameryce Północnej czy Azji.

Wedle najlepszych szacunków naukowców, pisze Seager, w okolicach równika oceany i atmosfera niosą porównywalne ilości ciepła. Jednak na średnich szerokościach geograficznych przeważa już transport ciepła w atmosferze. Ilość energii cieplnej uwalniana do atmosfery zimą z wód oceanów jest kilkakrotnie większa niż ta, którą ciepły oceaniczny prąd niesie na wysokie szerokości geograficzne.

Z symulacji komputerowych, które Seager prowadził wraz z fizykiem atmosfery Davidem S. Battistim, wynika, że różnice w temperaturach powietrza między wybrzeżami Ameryki Północnej i północnej Europy są takie same, niezależnie od tego, czy modele uwzględniają poziomy transport wód w oceanie (czyli prądy oceaniczne) czy nie.

Nie oznacza to, pisze Seager, że prądy morskie nie przenoszą ciepła z tropików. W modelu bez prądów morskich ogrzewały się okolice równika, północny Atlantyk był chłodniejszy o średnio 8 stopni, a lądy położone nad nim przeciętnie o 3 stopnie. Jednak i w tym scenariuszu bez prądów morskich różnice temperatur między Ameryką a Europą pozostawały na podobnym poziomie.

(Seager nie precyzuje czy chodzi o stopnie Celsjusza, czy Fahrenheita. Od wielu lat mieszka w Stanach Zjednoczonych i pisze do „American Scientist”, więc należy założyć, że Fahrenheita. Różnica 8 stopni na skali Fahrenheita to 4,4 na skali Celsjusza, różnica 3 na skali Fahrenheita to 1,67 na skali Celsjusza).

Jeśli nie Golfsztrom, to co?

Na szerokościach między 30 a 50 stopniem dominuje cyrkulacja zachodnia. Nad Ameryki masy powietrza napływają znad oceanu. Jednak prądy morskie na północnym Pacyfiku oddają ciepło po ich wschodniej i północnej stronie (co ogrzewa Japonię i Kamczatkę), do wybrzeży Ameryki Północnej docierają już jako zimne. Powietrze znad Pacyfiku jest chłodne.

Analogiczna sytuacja dotyczy wyżów na półkuli północnej, wokół których powietrze też krąży zgodnie z kierunkiem wskazówek zegara. Po zachodniej stronie wyżów napływa ciepłe powietrze z południa, po wschodniej stronie chłodniejsze z północy. (Odwrotnie jest w przypadku niżów, wokół których powietrze krąży przeciwnie do kierunku wskazówek zegara przeciwnych kierunkach. Po ich zachodniej stronie napływa chłodniejsze powietrze z północy, po wschodniej ciepłe z południa).

Gdy masy powietrza znad kontynentu docierają nad Atlantyk, ogrzewają się od ciepłych wód. Wynikiem tego są częste fronty atmosferyczne i opady, co łagodzi skądinąd kontynentalny i suchy klimat Ameryki Północnej u jej wybrzeży. Ten sam proces ogrzewania się powietrza nad oceanem zachodzi rzecz jasna w drodze mas powietrza z zachodu na wschód nad Atlantykiem. Powietrze ogrzewa się o kilka (ale nie kilkanaście) stopni po obu stronach oceanu.

Tyle że ogrzane od atlantyckich wód masy powietrza wędrują z zachodu, zatem kształtują klimat jedynie u jego wybrzeży. W Europie cyrkulacja zachodnia sprawia, że wędrówka mas powietrza znad Atlantyku determinuje klimat większości kontynentu.

Ale to nie wszystko.

Góry, moment obrotowy i siła Corliolisa

Twierdzenie, że te same szerokości geograficzne są w Europie cieplejsze niż w Ameryce Północnej, można odwrócić. To specyfika amerykańskiego kontynentu czyni go chłodniejszym niż Europę. Wytłumaczenie tego zjawiska jest skomplikowane. Są tu Kordyliery, tropopauza, zachowanie momentu obrotowego i siła Coriolisa. Zamieszczam je poniżej dla dociekliwych.

Jak wyjaśnia Richard Seager w linkowanym już wcześniej tekście, nad troposferą leży tropopauza, która działa niczym przykrywka dla mas powietrza. Napotykając wniesienia (Góry Skaliste), masy powietrza ulegają ściśnięciu w pionie i rozprężeniu w poziomie.

Masy powietrza mają pewien moment obrotowy. Niczym łyżwiarz, który rozkłada ręce, zaczynają wirować wolniej. Zasada zachowania momentu obrotowego sprawia, że siła Coriolisa silniej odchyla je w prawo – czyli zachodnie wiatry skręcają na południe. (Gwoli ścisłości, siła ta działa na wiatr zawsze, im dalej od równika, tym silniej, jednak to zjawisko ją nasila).

Właśnie to sprawia, że chłodne masy powietrza mogą sięgać daleko na południe amerykańskiego kontynentu. Przymrozki zdarzają się w Teksasie i na Florydzie.

Na równinach masy powietrza ulegają rozprężeniu w poziomie, ściśnięciu w pionie. Przyspieszają obroty, zasada zachowania momentu obrotowego sprawia, że siła Coriolisa działa na nie słabiej, poza tym na południu, bliżej równika, jest słabsza. Nad Atlantykiem wiatry odchylają się już w lewo, czyli na północ.

Gdy Seager i Battisti usunęli ze swoich modeli to wymuszenie skrętu mas powietrza przez łańcuch Kordylierów, okazało się, że różnice w temperaturach między kontynentami malały o połowę. Stąd Seager wnosi, że za połowę różnic temperatury między kontynentem amerykańskim a europejskim odpowiada odchylenie zachodnich wiatrów nad kontynentem amerykańskim daleko na południe. Za drugą połowę to, że na klimat naszych szerokości geograficznych wpływa przeważająca cyrkulacja zachodnia, czyli nad Europą ocean, a Ameryką Północną głównie ląd.

Ocieplenie – ochłodzenie = brak katastrofy

Nie wiem, jak Państwa, ale mnie przekonuje zdanie ponad siedmiuset naukowców z IPCC. Zatrzymanie cyrkulacji północnoatlantyckiej oznacza, że Golfsztrom z nami zostanie, nawet jeśli słabszy. Przekonuje mnie też Seager i jego wyjaśnienia, że to nie atlantyckie prądy ogrzewają Europę, ogrzewa ją sama obecność wód Atlantyku. I że to Ameryka ma chłodniejszy klimat, a nie Europa cieplejszy.

W modelach Seagera i Battistiego całkowite zatrzymanie cyrkulacji na północnym Atlantyku sprawiało, że temperatura nad lądami spada o 3 stopnie. Założyłem, że Fahrenheita (1,67 stopnia Celsjusza), ale niech ta różnica odnosi się nawet do skali Celsjusza. Niektóre modele prognozują spadki średnich temperatur po załamaniu AMOC-u o 4-5 stopni.

Europa ogrzewa się niemal dwukrotnie szybciej, niż rosną globalne temperatury, W połowie stulecia latem będzie cieplejsza o 3,5 stopnia, zimą prawie o 5 stopni, szacowali naukowcy w „PLOS One” w 2019 roku.

Nie jest do końca jasne, o ile załamanie się cyrkulacji północnoatlantyckiej schłodziłoby Europę, ale spadek średniej temperatury nawet o 3 stopnie nam nie zaszkodzi. Pogoda wróciłaby do tej, którą pamiętają nasi rodzice lub my sami z dzieciństwa: lato bez upałów i zimy ze śniegiem. Oczywiście, będzie to nadal ochłodzenie. Tyle że raczej niezbyt katastrofalne. Prędzej wytchnienie od coraz częstszych upałów.

W latach 1951-1990 upalnych dni (z temperaturą 30 st. C lub wyższą) bywało w Polsce około 3,5 rocznie. Liczba dni upalnych wynosi obecnie średnio 14-15. Zdarzają się jednak lata ponad średnią, gdy bywa ich nawet 20 i więcej, przypominali autorzy „Nauki o Klimacie”.

Temperatury to nie wszystko

Tyle, jeśli chodzi o temperatury. Gorzej z opadami. W szóstym raporcie Międzyrządowy Panel do spraw Zmian Klimatu podkreślał, że:

„Gdyby miało nastąpić załamanie AMOC-u, z dużym prawdopodobieństwem spowoduje gwałtowne zmiany w lokalnych wzorcach pogodowych i cyklu obiegu wody, takie jak przesunięcie się tropikalnego pasa deszczów na południe, mogłoby też spowodować osłabienie monsunów afrykańskich i azjatyckich, zwiększone natężenie monsunów na półkuli południowej oraz wysychanie Europy” (cytuję za Carbon Brief).

To wysychanie w zasadzie w Polsce już mamy. Choć suma opadów w Polsce utrzymuje się na względnie stałym poziomie około 600 mm rocznie, zmienił się ich rozkład w czasie i charakter. Mamy więcej opadów w chłodnych miesiącach roku, mniej w ciepłych. Rzadziej zdarzają się deszcze słabsze, częściej ulewne, z których większość spływa do rzek, a z nimi do morza.

W okresie 1951-1981 w Polsce odnotowano sześć susz, czyli średnio jedną raz na pięć lat. W latach 1982-2011 było ich już 18, czyli występowały już średnio co dwa lata. Od początku ubiegłej dekady susza zdarza się w Polsce co roku.

Dziw bierze, że nadal nas zaskakują. Władze podwarszawskiej gminy Piaseczno wystosowały niedawno apel o niepodlewanie ogródków w Józefosławiu – tym razem dwa miesiące wcześniej niż zazwyczaj.

Jest jeden możliwy plus załamania się cyrkulacji północnoatlantyckiej. Prawdopodobnie ustabilizuje opady w Amazonii i uchroni ją przed zgubnymi skutkami globalnego ocieplenia. Przynajmniej w jej wschodniej („Nature”, 2003) i południowej części („Environmental Research Letters”, 2005).

Nie jest jednak do końca pewne, czy AMOC wpadnie w letarg, ani kiedy to może nastąpić. Autorzy ostatniego raportu Międzyrządowego Panelu do spraw Zmian Klimatu trzy lata temu pisali: „Jest średnio pewne, że Atlantycka Południkowa Cyrkulacja Wymienna nie załamie się gwałtownie przed rokiem 2100”.

Jest też niemałe grono badaczy, którzy sądzą, że AMOC jest stabilny i nic mu nie grozi. Dowodzili tego autorzy pracy opublikowanej w „Nature Communications” w 2024 roku.

Nie należy się przejmować zapowiedziami zdarzenia, które nie wiadomo, czy nadejdzie – a jeśli nadejdzie, może być wytchnieniem od katastrofy. Powinniśmy przejmować się tym, że mimo licznych ostrzeżeń klimatologów ludzkość z roku na rok spala coraz więcej węgla, ropy i gazu, a emisje dwutlenku węgla do atmosfery (z krótką przerwą podczas pandemii) z roku na rok rosną, zamiast maleć.

Co prawda tempo tego wzrostu hamuje, ale ledwo to widać. Ilustruje to wykres Our World in Data obejmujący 50 ostatnich lat emisji dwutlenku węgla na świecie.

Cykl „SOBOTA PRAWDĘ CI POWIE" to propozycja OKO.press na pierwszy dzień weekendu. Znajdziecie tu fact-checkingi (z OKO-wym fałszometrem) zarówno z polityki polskiej, jak i ze świata, bo nie tylko u nas politycy i polityczki kłamią, kręcą, konfabulują. Cofniemy się też w przeszłość, bo kłamstwo towarzyszyło całym dziejom. Będziemy rozbrajać mity i popularne złudzenia krążące po sieci i ludzkich umysłach. I pisać o błędach poznawczych, które sprawiają, że jesteśmy bezbronni wobec kłamstw. Tylko czy naprawdę jesteśmy? Nad tym też się zastanowimy.