TENGERI ÁRAMLATOK A DÁNIA-SZOROSBAN,
IZLANDNÁL
(2024 december)
ABSTACT
SEA CURRENTS IN THE DENMARK STRAIT Forecast: Based on satellite observations the large area north of Iceland, where cooling and salty water sinks in many small eddies, is shifting northward by about 1 km per year due to the excess meltwater from multi-years of melting ice. There is an extensive slope of the sea floor beneath much of the area, so no significant change in the Denmark Strait currents is expected in this century based on the cc.1 km/year rate, due to the intensity of subsidence. But suppose (it is a non-linear problem) that a large freshwater lake forms from meltwater in Greenland, as happened long ago in North America. (The 8200 year ago event was caused by a large meltwater pulse, probably the result of the collapse of the Laurentide ice sheet in North America.) The large area in question could be at risk if the lake shore breaks through to the sea and the meltwater from the lake suddenly floods the area in question, stopping the cooling and salt water from sinking for a short period, causing a minor to major cooling in Europe. The hypothetical case could perhaps be simulated using a computer model from the Royal Danish Academy of Sciences.
Szél szerepe az áramlatokban
A szél (https://www.livescience.com/planet-earth/rivers-oceans/denmark-strait-cataract-the-worlds-largest-waterfall-hidden-underwater-and-unlike-any-other-on-land) az elsődleges erő, amely felszíni áramlatokat hoz létre és mozgat. A Föld forgása is szerepet játszik az áramlatok irányaiban. A tartósan fennálló szubtrópusi magasnyomású rendszerek az északi és déli szélesség 30 fokon helyezkednek el, és erős nyugati szelek néven ismertek. A levegő és a víz közötti súrlódás mozgásba hozza a tenger felszínét. Ahogy a legfelső vízréteg mozog, magával viszi a közvetlenül alatta lévő vizet, így alakul ki egy óceáni áramlat. A vízmozgás nincs teljesen összhangban a széllel. A Föld forgása a Coriolis-erő néven ismert erőt okoz, amely az egyenes vonalú mozgást a felszínen az északi féltekén körülbelül 45 fokkal jobbra, a déli féltekén pedig 45 fokkal balra téríti el. Ezenkívül minden egymást követő vízréteg enyhén eltér a fenti mozgásától, mint egy kifeszített kártyapakli, ami egy Ekman-spirálnak nevezett jelenséget alkot, amelyet először Ekman svéd matematikus írt le 1905-ben. A kutatás módja az internetes keresés volt, célja az ismeretterjesztés.
A szél (https://www.livescience.com/planet-earth/rivers-oceans/denmark-strait-cataract-the-worlds-largest-waterfall-hidden-underwater-and-unlike-any-other-on-land) az elsődleges erő, amely felszíni áramlatokat hoz létre és mozgat. A Föld forgása is szerepet játszik az áramlatok irányaiban. A tartósan fennálló szubtrópusi magasnyomású rendszerek az északi és déli szélesség 30 fokon helyezkednek el, és erős nyugati szelek néven ismertek. A levegő és a víz közötti súrlódás mozgásba hozza a tenger felszínét. Ahogy a legfelső vízréteg mozog, magával viszi a közvetlenül alatta lévő vizet, így alakul ki egy óceáni áramlat. A vízmozgás nincs teljesen összhangban a széllel. A Föld forgása a Coriolis-erő néven ismert erőt okoz, amely az egyenes vonalú mozgást a felszínen az északi féltekén körülbelül 45 fokkal jobbra, a déli féltekén pedig 45 fokkal balra téríti el. Ezenkívül minden egymást követő vízréteg enyhén eltér a fenti mozgásától, mint egy kifeszített kártyapakli, ami egy Ekman-spirálnak nevezett jelenséget alkot, amelyet először Ekman svéd matematikus írt le 1905-ben. A kutatás módja az internetes keresés volt, célja az ismeretterjesztés.
Nagy gyűrűörvények (gyresang)
A szél által hajtott vízmozgás, az Ekman-transzport néven ismert, minden egyes óceáni medencében olyan dudort hoz létre, amely akár három lábbal (egy méterrel) magasabb a globális tengerszintnél. A nagy víztömegre ható gravitációs erő a légköri nagynyomású rendszerhez hasonló nyomásgradienst hoz létre, amely stabil, forgó víztömeghez vezet.
Öt állandó szubtrópusi gyűrű található a nagyobb óceáni medencékben – kettő-kettő az Atlanti- és a Csendes-óceánban, egy pedig az Indiai-óceánban –, amelyek az északi féltekén az óramutató járásával megegyező, a déli féltekén pedig az óramutató járásával ellentétes irányban forognak. Az óramutató járásával ellentétes irányú kisebb, az északi szélesség 60. foka körüli körgyűrűket az uralkodó szelek hozzák létre, az állandó szubarktikus alacsony nyomású rendszerek körül. Egy másik szubpoláris körgyűrű, az egyetlen, amelynek középpontja szárazföldi, körbeveszi az Antarktiszt, a Déli-óceán felett fújó, szinte állandó nyugati szelek hozzák létre, szárazföldi akadályok nélkül.
A szél által hajtott vízmozgás, az Ekman-transzport néven ismert, minden egyes óceáni medencében olyan dudort hoz létre, amely akár három lábbal (egy méterrel) magasabb a globális tengerszintnél. A nagy víztömegre ható gravitációs erő a légköri nagynyomású rendszerhez hasonló nyomásgradienst hoz létre, amely stabil, forgó víztömeghez vezet.
Öt állandó szubtrópusi gyűrű található a nagyobb óceáni medencékben – kettő-kettő az Atlanti- és a Csendes-óceánban, egy pedig az Indiai-óceánban –, amelyek az északi féltekén az óramutató járásával megegyező, a déli féltekén pedig az óramutató járásával ellentétes irányban forognak. Az óramutató járásával ellentétes irányú kisebb, az északi szélesség 60. foka körüli körgyűrűket az uralkodó szelek hozzák létre, az állandó szubarktikus alacsony nyomású rendszerek körül. Egy másik szubpoláris körgyűrű, az egyetlen, amelynek középpontja szárazföldi, körbeveszi az Antarktiszt, a Déli-óceán felett fújó, szinte állandó nyugati szelek hozzák létre, szárazföldi akadályok nélkül.
Határáramlatok
A szubtrópusi körgyűrűket négy összekapcsolt áramlat veszi körül: két határáramlat, amelyek nagyjából észak-déli irányúak a keleti és nyugati szélükön, és két kelet-nyugati irányú áramlat a gyűrű északi és déli kiterjedésében. A Föld szárazföldjeinek elhelyezkedése és a bolygó forgása miatt a határáramlatok a szubtrópusi körgyűrűk nyugati peremén a legkeskenyebbek és legmélyebbek. A nyugati határáramlatok a Föld leggyorsabb, nem árapályos óceáni áramlatai közé tartoznak, több mint öt mérföld/óra (2,5 méter/másodperc) sebességet érnek el, és a világ folyóinak összesített áramlásának százszoros a hozamuk. A határáramlatok közé tartozik a Golf-áramlat az Atlanti-óceán északi részén, a Kuroshio a Csendes-óceán északi részén és az Agulhas az Indiai-óceánban.
Ahogy a meleg nyugati határáramlatok lelassulnak és szétterülnek, kelet felé fordulnak, és körgyűrű alakú pólus-áramlatok tartoznak hozzájuk. Északon a szubpoláris körgyűrűk déli szélén működnek, lehetővé téve a vízcserét a szubtrópusok és az Északi-sarkvidék között. Délen az Antarktiszi Cirkumpoláris Áramlat hasonló módon kapcsolódik ezeken az áramlatokon keresztül a déli szubtrópusi körgyűrűkhöz. A hidegebb keleti határáramlatok, amelyek a magas szélességi körökről az Egyenlítő felé áramlanak, a leglassúbb és legdiffúzabb áramlatok a kőrkörös áramlások körül. Ahogy elérik az Egyenlítőt, nyugat felé fordulnak, és felgyorsulnak a passzátszelek és a trópusi nap hője miatt.
A szubtrópusi körgyűrűket négy összekapcsolt áramlat veszi körül: két határáramlat, amelyek nagyjából észak-déli irányúak a keleti és nyugati szélükön, és két kelet-nyugati irányú áramlat a gyűrű északi és déli kiterjedésében. A Föld szárazföldjeinek elhelyezkedése és a bolygó forgása miatt a határáramlatok a szubtrópusi körgyűrűk nyugati peremén a legkeskenyebbek és legmélyebbek. A nyugati határáramlatok a Föld leggyorsabb, nem árapályos óceáni áramlatai közé tartoznak, több mint öt mérföld/óra (2,5 méter/másodperc) sebességet érnek el, és a világ folyóinak összesített áramlásának százszoros a hozamuk. A határáramlatok közé tartozik a Golf-áramlat az Atlanti-óceán északi részén, a Kuroshio a Csendes-óceán északi részén és az Agulhas az Indiai-óceánban.
Ahogy a meleg nyugati határáramlatok lelassulnak és szétterülnek, kelet felé fordulnak, és körgyűrű alakú pólus-áramlatok tartoznak hozzájuk. Északon a szubpoláris körgyűrűk déli szélén működnek, lehetővé téve a vízcserét a szubtrópusok és az Északi-sarkvidék között. Délen az Antarktiszi Cirkumpoláris Áramlat hasonló módon kapcsolódik ezeken az áramlatokon keresztül a déli szubtrópusi körgyűrűkhöz. A hidegebb keleti határáramlatok, amelyek a magas szélességi körökről az Egyenlítő felé áramlanak, a leglassúbb és legdiffúzabb áramlatok a kőrkörös áramlások körül. Ahogy elérik az Egyenlítőt, nyugat felé fordulnak, és felgyorsulnak a passzátszelek és a trópusi nap hője miatt.
Kis örvények (eddiesang)
Az örvények viszonylag kicsik, mozgó vízrészeket tartalmaznak, amelyek kiszakadnak az áramlat fő testéből, és az eredetitől függetlenül mozognak. Az áramlatok szinte bárhol kialakulhatnak, de különösen gyakoriak a nyugati határáramokban. Amint a gyorsan mozgó áramlatok elhagyják a szárazföld korlátozó befolyását, instabillá válnak, és mint egy tűzoltótömlő, amelyet senki sem tart, kanyarognak. Ha egy áramlat olyan erősen meggörbül, hogy megkétszerezi magát, az áramlási szakasz „lecsípődhet”, és elválik az áramlat fő részétől, mint egy folyó holtágkanyarulata. Ezek a kavargó ágak önálló meleg mag- (a meleg víz tömegei hidegebb óceánvizekké alakulnak), vagy hideg örvények alakját ölthetik, és hónapokig utazhatnak több száz vagy több ezer mérföldnyi nyílt óceánon.
Az örvények az óceán közepén is kialakulnak, távol a határáramlatoktól. Létezésük egy instabil folyamat eredménye, amelyben a nagy átlagos áramlások folyamatosan kisebbekre bomlanak. A légkör nagyjából ugyanígy viselkedik: hőenergia működteti a rendszert (az egyenlítőn meleg, a sarkokon hideg van), ami nagy áramlásokat hoz létre, amely az általunk időjárásnak ismert viharokat és frontokat szül. Így az óceáni örvények hasonlóak a légköri időjáráshoz – bár térbeli léptékük kisebb, az időbeli skálák pedig hosszabbak a levegő és a víz közötti különbségek miatt.
Az örvények viszonylag kicsik, mozgó vízrészeket tartalmaznak, amelyek kiszakadnak az áramlat fő testéből, és az eredetitől függetlenül mozognak. Az áramlatok szinte bárhol kialakulhatnak, de különösen gyakoriak a nyugati határáramokban. Amint a gyorsan mozgó áramlatok elhagyják a szárazföld korlátozó befolyását, instabillá válnak, és mint egy tűzoltótömlő, amelyet senki sem tart, kanyarognak. Ha egy áramlat olyan erősen meggörbül, hogy megkétszerezi magát, az áramlási szakasz „lecsípődhet”, és elválik az áramlat fő részétől, mint egy folyó holtágkanyarulata. Ezek a kavargó ágak önálló meleg mag- (a meleg víz tömegei hidegebb óceánvizekké alakulnak), vagy hideg örvények alakját ölthetik, és hónapokig utazhatnak több száz vagy több ezer mérföldnyi nyílt óceánon.
Az örvények az óceán közepén is kialakulnak, távol a határáramlatoktól. Létezésük egy instabil folyamat eredménye, amelyben a nagy átlagos áramlások folyamatosan kisebbekre bomlanak. A légkör nagyjából ugyanígy viselkedik: hőenergia működteti a rendszert (az egyenlítőn meleg, a sarkokon hideg van), ami nagy áramlásokat hoz létre, amely az általunk időjárásnak ismert viharokat és frontokat szül. Így az óceáni örvények hasonlóak a légköri időjáráshoz – bár térbeli léptékük kisebb, az időbeli skálák pedig hosszabbak a levegő és a víz közötti különbségek miatt.
Az áramlatok, körgyűrűk (gyre) és örvények (eddy) nagy távolságokra szállítják a vizet és melegítenek, és elősegítik az óceán nagymértékű keveredését. A folyamat során tápanyagokat, sót és egyéb vegyi anyagokat is szállítanak, segítenek szabályozni a bolygó időjárását, éghajlatát és a tengeri ökoszisztémákat.
Az erős áramlatok és örvények a hajózási útvonalakat is befolyásolják, és károsíthatják az olajfúró platformokat. Erőteljes tengeri áramlatok és gyengébb part menti áramlatok alakítják a szárazföld alakját, mert hozzájárulnak a partok eróziójához, és a gátszigetek, homokpadok mozgásához. A hajózók, a halászflották arra törekednek, hogy tájékozódjanak arról, hogyan és hol fordulnak elő ezek a jelenségek, valamint hogyan változhatnak, partvédelmi terveket készítenek.
Időjárás és éghajlat
Az óceáni áramlatok egyik legfontosabb szerepe a Föld időjárásának és éghajlatának szabályozása. A nyugati határáramlatok, mint például a Golf-áramlat, nagy mennyiségű hőt szállítanak a trópusi vizekből északra. Ez az áramlás a termohalin keringés (a só- és a hőtartalom az áramlatok legfontosabb fizikai jellemzői), az óceáni szállítószalag része, és segít a hő elosztásában a bolygó körül, lokálisan és globálisan szabályozza a szélmintázatot, a levegő hőmérsékletét és a csapadékot.
A újabb tanulmányok kimutatták, hogy a nyugati határáramlatok némileg eltolódtak az évtizedek során, ami a szél-, hőmérséklet- és csapadékmintázatok változásához vezetett szerte a világon, ami gyakrabban kapcsolódik az El Niño-hoz és a többi óceáni oszcillációhoz. Az egyik fontos kérdés, amelyre a kutatók próbálnak választ adni, az, hogy az áramlások elhelyezkedésének, hőmérsékletének, sebességének és térfogatának kis változásai hogyan vezethetnek nagy vagy hirtelen változásokhoz a Föld hosszú távú éghajlatában. Azon természeti és emberi tényezők azonosítása, amelyek megváltoztathatják vagy megzavarhatják az óceáni áramlatok természetes működését fontos részei a jövőbeli éghajlatváltozások megértésének és előrejelzésének.
Az óceáni áramlatok egyik legfontosabb szerepe a Föld időjárásának és éghajlatának szabályozása. A nyugati határáramlatok, mint például a Golf-áramlat, nagy mennyiségű hőt szállítanak a trópusi vizekből északra. Ez az áramlás a termohalin keringés (a só- és a hőtartalom az áramlatok legfontosabb fizikai jellemzői), az óceáni szállítószalag része, és segít a hő elosztásában a bolygó körül, lokálisan és globálisan szabályozza a szélmintázatot, a levegő hőmérsékletét és a csapadékot.
A újabb tanulmányok kimutatták, hogy a nyugati határáramlatok némileg eltolódtak az évtizedek során, ami a szél-, hőmérséklet- és csapadékmintázatok változásához vezetett szerte a világon, ami gyakrabban kapcsolódik az El Niño-hoz és a többi óceáni oszcillációhoz. Az egyik fontos kérdés, amelyre a kutatók próbálnak választ adni, az, hogy az áramlások elhelyezkedésének, hőmérsékletének, sebességének és térfogatának kis változásai hogyan vezethetnek nagy vagy hirtelen változásokhoz a Föld hosszú távú éghajlatában. Azon természeti és emberi tényezők azonosítása, amelyek megváltoztathatják vagy megzavarhatják az óceáni áramlatok természetes működését fontos részei a jövőbeli éghajlatváltozások megértésének és előrejelzésének.
A gyűrűáramlatok okozzák, hogy a lebegő törmelék lassan az óceán közepe felé sodródik, és nagy lebegő szemétfoltokat képezve. Ez veszélyt jelent a hajózásra, a tengeri élővilágra, és mivel a műanyagokban lévő vegyi anyagok bejutnak a táplálékláncba, az emberre is aggodalomra ad okot. Az áramlatok fizikailag is formálják az óceán medencéit. Az óceáni áramlatok azonosítható módon szállítják és rakják le az anyagot az óceán fenekére. A fenéken található részecskék mérete, összetétele és eloszlása, valamint a fenti vízoszlop mozgása közötti összefüggés megértésével a tudósok, akik az óceáni üledékmagokat tanulmányozzák, hogy megismerjék az áramlatok történetét.
A nagy óceáni szállítószalag, a termohalin áramlási rendszer
(Conveyor Belt,https://schoolworkhelper.net/global-warming-effect-on-the-atlantic-conveyor-belt-consequences/)
Észak-Atlanti áramlat (NAC)
Az Észak-Atlanti áramlat (NAC) egy erőteljes meleg nyugati határáramlat az Atlanti-óceánon belül, amely a Golf-áramlat északkeleti folytatása. A Golf-áramlat északra fordul a délkelet-újfundlandi kiemelkedésnél egy tenger alatti gerincen. Az újfundlandi Grand Banks-től az ÉSZ 40° és az ÉSZ 51° között észak felé áramlik, mielőtt élesen keletre fordulna, hogy átkeljen az Atlanti-óceánon. Minden más határáramlatnál több meleg trópusi vizet szállít az északi szélességi körökre; délen több mint 40 Sv (azaz 40 millió m3/s) a hozama, a Közép-atlanti gerincen átkelve pedig 20 Sv (20 millió m3/s). Az észak-amerikai partok közelében eléri a 2 csomós (3,7 km/h; 2,3 mérföld/h; 1,0 m/s) sebességet. A NAC erősen kanyarog, de a Golf-áramlat kanyarulataival ellentétben a NAC kanyarulatai stabilak, nem szakadnak örvényekre.
Az Irminger-áramlatok a mélyben D-re haladnak az Izlandi-tengerből (https://iilss.net/about-irminger-sea-facts-and-maps/)
A nyugati határáramlatokat, erősen befolyásolja a globális felmelegedés. Az időbeli és térbeli megfigyelések elégtelensége miatt azonban az éghajlatváltozásnak a nagyméretű óceáni áramlatokra gyakorolt hatása nem egyértelmű. A műholdas megfigyelések alapján a meleg óceáni örvények pólusirányú eltolódását figyelték meg.
A Dánia-szoros
Az Atlanti-óceán jeges viharairól nevezetes északi vidékén fekszik a Grönland és Izland között húzódó átjáró, a Dánia-szoros. A földkerekség legnagyobb vízesését rejti a felszíne alatt kb. 3500 m mélyen. Öt-hatszáz kilométer hosszan ereszkedik a mélybe a gigantikus tengeralatti zuhatag. Az eltérő hőmérsékletű vízrétegek és a sótartalom változása, továbbá a Föld forgása által keletkeztetett Coriolis-erő a nagy mélységek víztömegét ugyanúgy állandó mozgásban tartja, mint a szelek a felszíni vizeket. A Dánia-szorosban található tenger alatti zuhatag a Föld eddig ismert legnagyobb vízesése, amelynek meleg vize egy 3500 méter szintkülönbséget átfogó lejtőn áramlik a mélybe. A vízesés körülbelül 2000 méter magas, és egy medencében ér véget. Az óriási tengeralatti zuhatag csaknem olyan széles, mint a Dánia-szoros; nagyjából 480 kilométer, és mintegy 500–600 km hosszúságban ereszkedik alá a mélybe. A lezúduló víz kis sebességgel - 0,5 méter/s – mozog, de 3.48 millió köbméter víz bukik át a vízesés párkányán minden egyes másodpercben.
A Dánia-szoros tengeralatti vízesésének lejtőjét (https://www.origo.hu/tudomany/2018/04/egyet-mar-most-elore-elarulunk-hogy-ne-a-szarazfoldeken-keresse) a mozgó gleccserek vájták ki az utolsó nagy eljegesedés, a Würm-glaciális idején, 17 500 és 11 500 évvel ezelőtt. A pleisztocén utolsó nagy eljegesedési periódusa a Würm-glaciális 110 ezer éve kezdődött és nagyjából 12 500 éve ért véget. A Würm-eljegesedés 18 ezer éve érte el a maximumát; ekkor az északi féltekén az arktikus jégtakaró Kanada teljes területét takarta, Európában teljesen elborította Skandináviát és a Brit-szigeteket, a sarki jégtömeg Közép-Kelet-Európában pedig egészen a Kárpátok előteréig nyúlt le. Magyarország területén ekkor hideg sarkköri tundraéghajlat uralkodott.
A vízesés vízgyűjtője átnyúlik az Északi-sarkkörön, a grönlandi, a norvég, valamint az izlandi tengeri területeken a hideg-sós víz lesüllyed, és a vízesés a sarki vizeket az Irminger-tengerbe vezeti. A műholdas megfigyelések alapján a területek örvényeinek pólusirányú eltolódását figyelték meg. É-n, Grönland és a Spitzbergák között van a 2500 méter mély Fram-szoros (https://en.wikipedia.org/wiki/Fram_Strait), melynek a Ny-i oldalán van a mélyben a D-i irányú hideg áramlat, ami a poláris vizet a Dánia-szorosba vezeti. Míg a jégtáblák csillapítják az örvényeket, a sarki jég stabilizálja a jég alatti vízfelszín hőmérsékletét, így a jég alatt kevesebb örvény található.
A mélyben a Dánia-szorosból kilépő sarkvidéki hideg víz Dél felé haladva végighömpölyög az atlanti fenéksíkságon egészen le az Antarktiszig, ahol egyesül az óceáni áramlatok nagy globális kanyarulatával, a termohalin keringési rendszerrel. A hideg víz sűrűbb, nehezebb mint a meleg víz, így az aljzat közelében marad, míg a melegebb víz fölötte rétegződik. Tehát a hideg víz így egy tenger alatti folyóként áramlik a gravitációnak engedelmeskedve, mígnem egy szakadék peremén találja magát – és lebukik a mélybe. Az északi Grönlandi-tenger felől a Dánia-szoros déli végén lévő Irminger-tenger felé áramló víz hideg, kb. 4 fokos. Közvetlenül azelőtt, hogy a víz belépne a melegebb Irminger-tengerbe, egyszer csak egy 3505 méter magas sziklapárkányon találja magát, ahonnan 2000 métert esik.
Előrejelzés
A műholdas megfigyelések alapján az a nagy terület, Izlandtól É-ra, ahol sok kis örvényben lesüllyed a hideg és sós víz, évente kb. 1 kilométerrel É-ra tolódik a felmelegedés, a sokéves jég elolvadása miatti olvadékvíz többlet miatt. A terület nagy része alatt egy kiterjedt lejtő van a tengerfenéken, ezért az 1 km/év sebességet alapján ebben az évszádban lényeges változás nem várható, a süllyedés intenzitásváltozása miatt, a Dánia-szoros áramlataiban. De tegyük fel, hogy (egy nem lineáris probléma) Grönland területén kialakul az olvadékvízből egy nagy méretű édesvizű tó, ahogy ez már megtörtént régen É-Amerikában. (A 8200 évvel ezelőtti eseményt nagy mennyiségű olvadékvíz-impulzus okozhatta, valószínűleg az Észak-Amerikai Laurentide jégtakaró összeomlásának a következménye volt.) A kérdéses nagy terület-en akkor jelenthet veszélyt egy hasonló összeomlás, ha a tópart átszakad a tenger felé, és a tó olvadékvize hirtelen árasztja el a kérdéses területe-t, leállítva a lehűlő és sós víz süllyedését rövid időre, ami kisebb-nagyobb lehűlést okozna Európában. Grönland dán felségterület, továbbá hegyek veszik körbe (https://pangea.blog.hu/2015/02/18/valami_jeg_maradhat_gronlandon?layout=5). A feltételezett eset szimulálható a Dán Királyi Tudományos Akadémia számítógépes modelljével.
