Bludné mořské víry a evropské klima

Domnívali jsme se, že mořské proudy plynou jako řeky, dnes víme, že se rovněž pohybují jako obrovské rotující buňky o průměru až 300 km a hloubce 5 km.

Termohalinní výměník

Jedním z důvodů, proč můžeme žít skoro ve všech koutech Země, je obrovská výměna tepla mezi rovníkem a póly. Dochází k ní dvojím způsobem – atmosférickým prouděním a oceánským prouděním. Oba tyto základní mechanizmy přenášejí napříč zemským systémem zhruba stejně velké množství tepla, odčerpávají ho z přehřátých tropů a „přitápějí“ jím ve středních a vyšších šířkách. Jinak by to se Zemí dopadlo jako v pokusu, kdy na dně kádinky zatížíme led a zalijeme jej vařicí vodou – neroztaje, mrcha, protože horká voda se ustálí nahoře a led dole zůstává obklopen studenou vodou.

Oceány jsou propojeny systémem teplých a studených proudů. Základní příčinou, proč voda v oceánu proudí, je odpar. Oceán si představme jako spojené nádoby. V tropech se voda odpaří, ale nezůstane po ní díra, hned tam odjinud přiteče studenější voda. Další příčinou je hustota řízená salinitou a teplotou. Čím víc voda obsahuje solí nebo čím je studenější, tím snáze se prolamuje do hlubších částí oceánu. Nakonec tu je vítr – odtlačuje povrchovou vrstvu vody na stranu a ve směru svého působení. Snížení hladiny je opět rychle doplňováno vodou přitékající odjinud.

Golfský proud není (podobně jako většina oceánských proudů) nějakým lineárním tělesem, ale je smyčkou, která má teplou a studenou část. Tato smyčka se proměňuje v čase – někdy plyne rychleji, jindy pomaleji; někdy zasahuje hlouběji na sever, jindy se její ostrý trojúhelníkovitý hrot směřující ke Skandinávii mění na tupý oblouk posunutý k jihu. Tělo smyčky, tedy vlastní proud, není uzavřeným tělesem, ale komunikuje s tělem oceánu a jinými proudy. Důležitá je zejména vertikální výměna, protože na vzdálenost dejme tomu 5 km se teplota vodních mas mění až o 15 či více °C. Těchto 15 °C by v horizontálním transportu odpovídalo délce několika tisíc kilometrů. Kde hodně prší, je oceán z hlediska vertikální výměny stabilní, protože se lehká, sladká voda rozlévá po hladině. Kde se hodně odpařuje voda, tam je oceán nestabilní, protože hustá, slaná voda klesá ke dnu. Něco podobného se děje v místech, kde se teplé mořské proudy rychle ochlazují.

Za normálního vodního režimu se většina hlubokých mořských vod tvoří v severní části Atlantického oceánu. Jsou syceny ochlazenými vodami Golfského proudu a arktickými vodami padajícími ze šelfových moří, klesají ke dnu a proudí do míst, kde se voda odpařila, podcházejí rovník, směřují k jižní Africe a dál do Indického oceánu (světlé šipky na obrázku). Běžně se uvádí, že teplé vody Golfského proudu vznikají v Karibské oblasti, ale ve skutečnosti je můžeme vysledovat k mysu Dobré naděje (viz černé šipky na obrázku) a dál na východ až k mělkým horkým mořím Indonésie. Hluboké studené a teplé povrchové vody tak vytvářejí jeden propojený systém, kterému se říká dopravníkový pás. „Dopravník“ obíhá stále mezi Sumatrou a Grónskem. Tím jsme si zopakovali základní rysy té části termohalinního výměníku, která je spjata s evropským klimatem (podrobněji viz Vesmír 77, 367, 1998/7).

Agulhaský kruh

Během své pouti překonává výměník několik kritických míst. Jedno z nich leží jižně od mysu Dobré naděje a probíhá v něm výměna vod mezi Indickým a Atlantickým oceánem. Tropická část Indického oceánu je rozsáhlá a kumuluje obrovská množství tepla, která jsou přenášena až do střední a severní Evropy. Jakékoliv přiškrcení proudu by mělo dalekosáhlé klimatické následky. Silný Agulhaský mořský proud normálně směřuje do Atlantického oceánu, ale následkem rotace Země a okolní hydrologické situace se obvykle čtyřikrát až šestkrát za rok stočí proti směru otáčení hodinových ručiček a plyne nazpět do Indického oceánu. Tomuto jevu se říká zpětné proudění či retroflekce.

Při zpětném proudění vznikají obrovské víry, které mají podle družicových snímků průměr kolem 300 km. Holandská výzkumná loď Pelagia měřila rychlosti otáčení vírů a zjistila, že se pohybují kolem čtyř uzlů či o trochu více (tj. 6–10 km za hodinu). Víry však nezůstávají na jednom místě, ale pozvolna se jako obrovské „káči“ rychlostí asi 5 km za den přesouvají směrem do Atlantického oceánu a dál k pobřeží Jižní Ameriky. Takto roztočený vír, který podle měření oceánografických lodí dosahuje v průměrné hloubce asi 5 km až na oceánské dno, putuje k jihoamerickému pobřeží asi jeden až dva roky! Na své bludné pouti víry ztrácejí vodní hmotu. Během prvních pěti měsíců se jejich průměr zmenšuje na polovinu, což znamená, že asi 75 % teplé slané vody se rozptyluje v jižním Atlantiku ještě poblíž mysu Dobré naděje a vplývá do té větve Golfského proudu, která směřuje na sever, k nám do Evropy.

Teď se na chvilku zastavme, abychom tuto podivně zázračnou záležitost, která vypadá jako systém otáčejících se a prostupujících galaxií, mohli vstřebat. Výzkumy naprosto mění náš pohled na oceánské proudění, a tedy i na přenos tepla jakožto lineární jev. A jestliže hovoříme o linearitě, máme v tomto případě na mysli tvar tělesa. Loď Pelagia zjistila, že teplé vody jsou vázány na středy vírů a hloubky do jednoho kilometru, hlouběji rotují chladné vody, které se dotýkají mořského dna a „zametají“ ho. Velké víry se rozpadají na menší, ale i ty spolu dál intenzivně komunikují a ovlivňují se. V jiných případech bylo pozorováno, že se menší víry spojují do jedné velké rotující struktury. Celý jev se dá sledovat technikou, která byla donedávna nedostupná – satelitní radarovou altimetrií (viz Vesmír 79, 217, 2000/4). Agulhaské víry otáčející se proti směru hodinových ručiček o 20–60 cm převyšují okolní mořskou hladinu. Je tedy možné je jednou za čas zkontrolovat nákladnou plavbou expediční lodi, ale jinak je lze sledovat i na domácím počítači.

Další výzkum se soustředil na Madagaskarskou úžinu jako na zdrojovou oblast Agulhaského proudu. Holanďané k svému údivu zjistili, že zde ještě nikdy nepracovala žádná oceánografická expedice. Atlasy mořských proudů v úžině vykreslují jednolitý lineární proud směřující k jihu. Při výzkumu proudění se na moře vypouštějí bójky-radiomajáky, jejichž souřadnice se sledují pomocí globálního pozičního systému. To, co se děje v Mozambickém průlivu, není žádné jednoduché proudění – opět jde o soustavu drobnějších vírů, jež se pozvolna přesouvají k jihu a významně ovlivňují zpětné proudění Agulhaského kruhu.

Křehký spojovací článek

Kdybychom věřili, že Golfský proud je řeka valící se napříč oceánem, mohli bychom mít pocit nejistoty – co když zeslábne a nedonese k nám dost tepla? Ve skutečnosti je situace ještě horší. Žádná jednolitá řeka se neprobojovává kolem mysu Dobré naděje, ale od severu z Mozambické úžiny přicházejí nepravidelné líné mořské víry, které narážejí na Agulhaský proud a způsobují vznik jiných, gigantických vírů o průměru několika set kilometrů. Ty se roztáčejí a pozvolna rok dva putují k pobřeží Brazílie. Mají teplé jádro, ale rychle ztrácejí energii, kterou předávají teplé větvi Golfského proudu. Tento proud pak skutečně směřuje do Karibiku, protáhne se kolem Floridy a cestou kolem Anglie a Skandinávie přichází o část tepla, které je severozápadními větry způsobenými otáčením Země strháváno nad Evropu.

Téměř by se dalo říci, že u jižní Afriky proudy neproudí, ale odkapávají po obřích kapkách. Ve světle tohoto mechanizmu, jenž zdánlivě stojí neustále na pokraji chaosu či úplného kolapsu, je skoro nepochopitelné, že se klima v Evropě mění tak málo. Na druhou stranu byly v grónských ledových vrtech zaznamenány náhlé změny průměrných ročních teplot až o 5 °C. Nastaly během několika desítek let nebo za ještě kratší období. Jsou však vesměs vázány na ledové doby a na začátky i konce interglaciálů. Skoro si myslím, že v takto nejistém světě můžeme být vůbec rádi, že jsme se narodili.