Set fra rummet er jorden blå. Det skyldes oceanerne. De dækker omkring 70% af jordens overflade, og har derfor en stor betydning for klimaudviklingen. Der er flere mekanismer i oceanerne der spiller en vigtig rolle. Oceanerne bidrager med en betydelig usikkerhed i klimamodellerne, dels fordi mange af havets mekanismer ikke er så godt beskrevet som atmosfærens mekanismer, og dels fordi ikke alle mekanismer er fuldstændigt forstået og beskrevet.
De fleste forskere er enige om at vandstanden stiger. IPCC har forudsagt at vande vil stige mellem 18 og 59 cm som følge af temperaturstigningen i atmosfæren. Det er dog stor uenighed om hvor stor eller lille denne stigning vil blive. Der er mange parametre med i beregningen af den globale vandstandsstigning. Alene den parameter at vandet ikke stiger lige meget alle steder gør det problematisk at beregne et gennemsnit. Vandet reagerer heller ikke ens alle steder. Det er målt at kun 60-70% af alle de steder der er målt temperaturstigninger, er der også målt vandstandsstigninger.
Hvor meget vandet stiger er afhængigt af flere parametre
- hvor varmt bliver det. Vandet udvider sig i varmen, og derfor stiger vandstanden?
- hvor meget og hvor hurtigt smelter gletsjerne rundt omkring i verden?
- hvor meget is smelter på Grønland og på Antarktis?
Oceanerne påvirker og påvirkes af klimaforandringerne på maget andet end vandstanden.
- forsuring af oceanerne
- Golfstrømmen og Grønlandspunpen
- oceanet som CO2-lager
Havene har optaget omkring 80-90% af den globale temperaturstigning, som klimaforandringerne har medført. Det betyder, at havtemperaturen er steget helt nede i 3 km dybde. Temperaturen i oceanerne er i gennemsnit steget med ca. 1 grad, mens luften kun er steget med 0,74 graderC i løbet af de sidste 10 år.
Vand og temperatur
Vand fylder mindste ved omkring 4 grader C. Når vandet fryser udvider det sig, og når vandet bliver varmere end 4 grader, udvider det sig. Når vandet udvider sig bliver det lettere, og får en mindre densitet (g/cm3).
Temperaturen for vandet i dybhavet er omkring 3-4 grader. Overflade temperaturen afhænger af breddegrader – mellem -2 – 36 grader C. Gennemsnits temperaturen for oceanet ligger på omkring 17grader C.
Når vand bliver varmere udvider det sig. Vandet i oceanerne udvider sig i takt med at atmosfæren bliver varmere. Det fører til en havniveaustigning. Det er den primære grund til at havniveauet stiger. Den sekundære grund er afsmeltning af indlandsis fra Grønland og fra diverse bjerggletsjere, der smelter. Vandet løber ud i havet.
Havniveaustigningen vil ikke stoppe i dette århundrede ifølge IPCC, da varmebalancen mellem hav og atmosfære er langsom til at stabilisere sig. Det vil formentlig tage mange hundrede år før havniveauet bliver stabilt igen. Det afhænger meget af, hvordan de store iskapper på Grønland og Antarktis reagerer på temperaturstigningen i atmosfæren, hvilket stadig er usikkert (link til is).
Havniveaustigninger har voldsomme konsekvenser for lande over hele kloden, fordi mange byer ligger i kystområder. Et højere havniveau betyder, at mange af de diger, havne, broer, veje og andre konstruktioner, der er bygget nær kysterne, pludselig udsættes for mere vand, end de er beregnet til at kunne klare. Det betyder, at de enten går i stykker, som dæmningen i New Orleans, eller skal renoveres eller bygges om for at kunne holde til trykket.
Et højere havniveau betyder også flere oversvømmelser, fx i forbindelse med efterårsstorme. Der skal ikke så meget til, før diger og havnemoler overskrides.
Det varme overfladevand i oceanerne påvirker styrken af cykloner og orkaner. Se ekstremt vejr.
Golfstrømmen er en del af et globalt havstrømningssystem - det termohaline cirkulationssystem.
Golfstrømmen er en hvirvel, der styres dels af den dominerende vestenvind lige nord for ækvator og dels af forskelle i vandets temperatur og saltindhold (salinitet). Overfladevandet drives mod nord, væk fra den Mexicanske Golf og ud i Atlanterhavet. Her løber det østpå, rundt i en cirkel, og tilbage til den Mexicanske Golf. Den transporterer ca. 55 millioner km3 vand i sekundet, hvilket er langt hurtigere end noget skib kan sejle.
Den del af golfstrømmen, der bøjer af og bevæger sig længere mod nord, kaldes den Nordatlantiske strøm. Den Nordatlantiske strøm fører varmt overfladevand fra ækvator op til området mellem Grønland og Norge. Det varme vand afgiver varme til både atmosfæren, og påvirker derved både hav- og luft-temperaturen i hele Nordeuropa. Det betyder, at vores klima er meget mildere end andre lande på samme breddegrad, mellem 5-10 gradere varmere.
Golfstrømmen er med til at styre klodens klima, og specielt i spørgsmål omkring istid/mellemistid. Strømmens indvirkning på udbredelsen af havis og lufttemperaturer i store områder er afgørende for stabile forhold i vores nuværende mellemistid.
I en istids periode vil effekten af en ikke fungerende Golfstrøm være afgørende for at istiden kan fortsætte. Hvis strømmen sætter igang midt i istiden, pga. en ophobning af varme i de dybe vandlag, vil is-tunger fra indlandsisen smelte nedefra og hele iskappen blive ustabil. Det medfører et kollaps i iskappen og en efterfølgende lang varm periode.
Sådan fungerer Golfstrømmen
Vandet i den Nordatlantiske strøm er varmt og meget saltholdigt vand. Det varme saltvand afkøles på vej nordpå mod vore breddegrader. Når vand bliver koldt bliver det også tungere (højere densitet).
Når vandet nærmer sig Grønland, når det frysepunktet (for havvand, omkring -1,9 pga. saltindholdet), og der dannes havis. Når saltvand fryser, er der ikke plads til saltet i isen. Det bliver derfor i havvandet under isen. Vandet under isen er derfor endnu tungere. Det kolde, meget saltholdige vand trækker ned mod bunden, fordi vandets densitet er blevet højere. Der bliver derved plads til nyt varmt vand sydfra, eller der trækkes ny vand op sydfra. Det kolde vand føres tilbage mod ækvator langs oceanbunden.
Denne mekanisme kaldes for den Grønlandske pumpe, fordi den pumper det varme overfladevand gennem systemet og tilbage langs bunden, som koldt dybhavsvand – en slags cirkulationspumpe.
Uorden i pumpen
Den Grønlandske pumpe er meget følsom overfor ændringer i saltindhold og temperatur i vandet.
Når temperatur i atmosfæren stiger, smelter større mængder af indlandsisen på Grønland, gletsjere i de omkringliggende lande (Island, Norge og Canada m.fl.) og havis. Det betyder, at der flyder mere fersk vand ud i oceanet omkring Grønland. Saltindholdet i overfladevandet bliver derved sænket. Vandet under isen bliver derved ikke så tungt som tidligere, og synker derfor ikke lige så meget vand ned på bunden, og pumpen går i stå.
Når vandets temperatur stiger som følge af atmosfærens temperatur, vil det også betyde, at der dannes mindre havis i området. Det betyder, at saltindholdet ikke stiger i samme grad som ved dannelse af havis, hvor saltet bliver tilbage i vandet.
Ferskvand er lettere end saltvand og vil derfor lægge sig i overfladen og derved bremse tilførslen af varmt overflade vand til den nordlige del af strømmen (nordlige Atlanterhav). Derved aftager effekten af pumpen, da varmeforskellen og densitetsforskellen bliver mindre.
Forskere har målt at tilstrømningen af varmt vand er sænket med 6 %, og afstrømningen af koldt bundvand er sænket med 20% over en periode på 50år. Hvis golfstrømmen stopper vil temperaturen i hele Nordeuropa falde. Mange forskere mener at Golfstrømme er i fare for at gå i stå, men IPCC’s beregninger forudser at der er mindre en 10 % chance for at golfstrømmen stopper i løbet af det 21. Århundrede, men den vil svækkes med 25%.
Der findes dog en lignende pumpe ved Canada, i Labradorhavet, som formentlig vil kunne kompensere for Grønlandspumpens svækkelse. Ingen ved hvordan ændringer i vindsystemerne, som følge af klimaforandringerne, vil påvirke Golfstrømmen.
Havvand optager omkring 1/3 af den CO2, der tilføres atmosfæren. Absorption af CO2 i oceanerne betyder en stigende surhedsgrad. Optag af CO2 fører til dannelse af carbonsyre, og dermed ændres pH-værdien. Målinger viser, at den optagede CO2 primært befinder sig i de øverste 400 meter af havvandet, hvilket betyder at mætningshorisonten (se forklaring i faktaboks) for kalk er rykket op i vandsøjlen.
Ph-værdien i havvand ligger i dag på omkring 8,0-8,25. Forsuring af oceanerne vil betyde et fald i pH værdien på omkring 0,2 pH i havområder på mere end 200 meters dybde. Overfladevandet i oceanerne vil være langt mere udsat for forsuring end de dybere lag. Det er overfladevandet der udveksler CO2 med atmosfæren, hvis der er ubalance i ligevægten. Det blev i 2006 forudsagt at, hvis udledningen af CO2 fortsatte som ’nu’ (2006), vil oceanernes overfladevands pH-værdi ligger på 7,7 inden 2100.
Oceanets opløselighedspumpe
Det kolde dybhavsvand, som dannes i forbindelse med den termohaline cirkulation (Grønlandspumpen), indeholder også en stor mængde CO2. Overfaldevandet er undermættet af CO2, men optager i de nordlige egne store mængder CO2.
Oceanets organiske pumpe
Alger optager CO2 i deres skaller. Derved drænes overfladevandet for CO2. Når dyrene dør, daler de langsomt ned på bunden af havet, hvor CO2'en er bundet, indtil bakterier omsætter den til uorganisk CO2. Dybhavsvandet bliver derved overmættet med CO2. Når det kommer op til overfladen, bringes overmætningen med, og CO2'en frigives til atmosfæren.
Et system i balance? Det menneskeskabte CO2 bliver optaget i overfaldevandet og indgår i opløselighedspumpen. Dette system bruger omkring 1000 år før det recirkulerer, hvilket vil sige, at det vil tage mange hundrede år endnu, før den CO2 kommer op til overfladen og afgives til atmosfæren. Opløselighedspumpen fungerer lige nu som en slags CO2 dræn, og dybhavsvandet som en form for CO2-lager. Balancen vil indfinde sig en gang i de 21. århundrede, hvorefter oceanerne ikke længere vil dræne CO2 fra atmosfæren.
Mætningshorisonten
Mætningshorisonten, som er grænsen mellem det sure kolde bundvand, der opløser kalk, og det varmere kalkholdige overfladevand, er flyttet 50-200 meter op i vandsøjlen siden 1800-tallet. Området hvor dyr med kalkskaller eller kalkskellet lever, er nu begrænset til 0,5-5 km’s dybde (forskelligt alt efter hvilken type kalk dyret producerer: calcit eller aragonit)
CO2-ligevægt mellem ocean og atmosfære
Ligning for ligevægtskoncentrationen af CO2 mellem atmosfæren og havvand.
Havvand optager CO2, gassen reagerer med H2O og danner H2CO3, og der frigives brintatomer (H+), som bestemmer vandets surhedsgrad. Brinten danner enten bicarbonat (HCO3-) eller carbonationer (CO3-).
Da der kommer flere frie brintatomer i havet, bindes de til carbonationerne og danner bikarbonat, som kalkskallede dyr ikke kan bruge til at bygge skal eller skellet med. Det betyder at forsuring fører til at kalkskallede dyr og dyr med kalk skellet for sværere ved at overleve.
I oceanernes økosystem er der en klar grænse for, hvor meget CO2 havet kan optage, før det får uoprettelige konsekvenser for de biologiske elementer i oceanerne. Det går primært ud over dyr med kalkskaller (bl.a. koraller, snegle, muslinger, hummere, krebs, søstjerner, søpindsvin og alger), hvilket også dækker visse former for mikroorganismer (zooplankton og panteplankton).
Forsuringen vil i yderste konsekvens føre til opløsning af kalk, hvilket betyder, at dyr med kalkskaller eller skellet(kalk) ikke kan dannes, og så uddør dyret. Udryddelse af disse organismer vil få alvorlige konsekvenser for det resterende dyreliv i oceanerne. Det vil også påvirke det biologiske liv på landjorden, osv. Altså hele jordens økosystem vil blive uopretteligt ændret, hvis oceanerne bliver for sure.
Forsuringen starter ved polerne, men vil langsomt spredes mod ækvator. Denne konsekvens blev allerede i 1950’erne fremskrevet af professor Roger Revelle. Han var den første til at igangsætte målinger af CO2 i atmosfæren på Hawaii.
Høje CO2 koncentrationer tidligere i historien
I tidligere tider har CO2 værdien i atmosfæren været langt højere, end det vi ser i dag. Stigningen er dog kommet gradvis, hvorfor oceanerne har kunnet følge med. Oceanerne kan optage en stor mængde CO2, hvis opblandingen mellem overfladevand og dybhavsvand kan følge med. Stigningen af CO2 i atmosfæren stiger meget hurtigt nu, og opblandingen kan ikke følge trit. Det betyder, at overfladevandet forsures og dermed leveområderne for de fleste kalkskallede dyr, og igen, levegrundlaget for en stor mængde dyr, inklusiv mennesket.
Kilder
Ingeniøren: CO2-udslip gør havene så sure som industriaffald, 25. sep. 2007
Ingeniøren: Surt for oceanerne, 18. aug. 2006
IPCC rapport fra 2001
Jyllands Postens tema om klima
Aktuel Naturvidenskab, 2, 2005: Hav og Klima - Atlantens rolle i Klimasystemet, af Steffen, M. Olsen, Erik Bush og Mads H. Ribergaard.
DMI: diverse artikler, aug. 2008
Forfatter
Cand. scient. Maya Høffding Nissen, Experimentarium
»Bør vi handle på klimaforandringerne?
»DMI/klima
»Ingeniøren:
CO2-udslip gør havene så sure som industriaffald, 25. sep. 2007
Surt for oceanerne, 18. aug. 2006
»IPCC rapport fra 2001
»Aktuel Naturvidenskab, nr. 2, 2005: Hav og Klima - Atlantens rolle i
