Potíže s oceánským THC

Zkratka THC, v oceánografických kruzích stejně známá jako její ekvivalent mezi příznivci konopných rozkoší, označuje termohalinní výměník – klíčový zdroj cirkulace oceánických vod a s lehkým rozšířením i paradigmatický koncept klimatické homeostaze naší planety. V dnešní době, kdy rozličné tradiční výklady padají jako mouchy po dešti, panují i kolem konceptu THC pochyby a nejasnosti.

Klimatický režim Země se bezpochyby odvíjí od atmosférických procesů asimilace a redistribuce solární energie, v nichž zásadní roli hrají koncentrace skleníkových plynů, odrazivost atmosféry a charakter atmosférického proudění. Připoměňme ovšem, že měrná tepelná kapacita suchého vzduchu (1000 J · kg^–1 · K^–1) a zejména a pak jeho hustota (1,25 kg/m³) jsou řádově nižší než analogické charakteristiky oceánských vod (4000 J · kg^–1 · K^–1, resp. 1000 kg/m³), což mj. znamená, že úhrnný tepelný objem atmosférického sloupce nad 1 m² mořské hladiny lze uchovat ve 3 m³ příhladinového vodního sloupce. Již toto srovnání naznačuje, že akumulace tepla oceánickými vodami a distribuce pohlceného tepla ve vodách oceánu je faktorem, který v klimatickém režimu naší planety, často vykládaném výlučně procesy atmosférické dynamiky, hraje úlohu, již nelze podceňovat. Vzhledem k termální stabilitě vody je třeba přinejmenším předpokládat, že teplo akumulované vodami oceánu ve větším či menším rozsahu vyrovnává krátkodobé výkyvy atmosférických procesů a zprostředkovává klimatickou stabilitu naší planety. [1]

V jakém rozsahu a jakými způsoby probíhá tepelná dynamika oceánu a jaké vlastnosti oceánu mohou distribuci tepla (a ostatních komodit atmosférické a suchozemské provenience) ovlivnit?

Suchozemce oceán překvapuje nejen slaností vod, ale i tím, že jeho hladina je v nepřetržitém pohybu. Příčné a podélné vlnění nejrůznějších délek a amplitud tu interferuje nejrůznějšími myslitelnými způsoby, distribuuje silové podněty vzdálených zdrojů (tsunami ap.) a uchovává jako mechanická paměť veškeré vnější zásahy do svého dění. Třeba i trajektorie rozličných plavidel zachovává zřejmě po řadu dní či týdnů, jak za právě vycházejího slunce při pohledu z letadla výmluvně ukazuje spleť lineárních čar křižujících mořskou hladinu.

Neustálé vlnění oceánu poměrně rychle distribuuje teplo pohlcené příhladinovou vodou do hloubek kolem 100 m, v nichž je ještě patrný denní rytmus teplotních změn. Do hloubek kolem 200 m proniká sluneční záření. Svrchní úsek dysfotické zóny (do hloubek 1000–1500 m) charakterizuje pak (mimo polární oblasti) oceánická termoklina – rapidní pokles teploty o 10–15 °C, plynulý v tropech, sezonně proměnlivý v mírném pásmu. Objev termální stratifikace oceánů patří spolu s objevem středoatlantického hřbetu k nejvýznamnějším výdobytkům výzkumné plavby lodi Challenger (1872–1876), počátečního bodu vědeckého výzkumu globálního oceánu.

Rozložení kapalné vody v kumulativním zobrazení oceánických hloubek a terestrických výšek. Základem života a mnohých dalších specifik naší planety je voda. V živých organismech koluje ovšem necelých 0,000081 % planetární vody, 0,00083 % je přítomno v atmosféře, kde voda hraje úlohu nejdůležitějšího skleníkového plynu (> 60 % skleníkového efektu). Většina suchozemské vody (téměř 70 %) se nachází v pevném skupenství (led, sníh, permafrost), sladké vody souše tak reprezentují pouhých 0,7 %. V oceánech, pokrývajích 74 % povrchu Země, je tedy obsaženo 96,5 % vody.

Nepřehlédnutelnou vlastností oceánu jsou průběžné interakce mořské hladiny s atmosférickým prouděním – v lokálním, regionálním i globálním měřítku. Jejich elementárním projevem jsou hladinové víry – kvazicirkulární proudění, do něhož je větrem vyvolaný pohyb hladiny kanalizován homeostatickou rezistencí okolního vlnového systému. Setrvačnost, prostorový rozsah a kinetická energie daného víru jsou škálovány silou a pravidelností příslušného atmosférického dění a zpětnovazebným působením návazných změn vlnového systému. Víry regionálního a globálního rozsahu jsou dlouhodobými (plus minus setrvalými) invariantami oceánické dynamiky, víry globálního rozsahu ustavují pak hlavní proudy povrchové oceánické cirkulace.

Patrně prvním myslitelem uvažujícím o globální spojitosti oceánické cirkulace a souvisejících příčinných mechanismech byl Johannes Kepler. Jeho úvaha byla následující: oceánická voda, která není pevně vázána na hmotu Země, nesleduje v plném rozsahu aktuální rychlost zemské rotace. V rovníkovém pásmu, kde tato rychlost dosahuje nejvyšších hodnot (1674 km/h), má zpoždění pohybu povrchových vod podobu souvislého západního proudění, které pak východní pobřeží kontinentů odklání severním a jižním směrem. Jakkoliv se moderní interpretace oceánického proudění ubírají jiným směrem, přinejmenším v dynamice atmosférického proudění platí keplerovská úvaha v plném rozsahu: příhladinové pasátové větry tlačící vzdušné masy severní a jižní polokoule do přírovníkové intertropické konvergence (kde vystupují do stratosférických výšek a ztrácejí svou vodu formou excesivních srážek vnitřních tropů) jsou skutečně klíčovou tlačnou invariantou atmosférické dynamiky Země. Vliv větru, zejména nepřetržitého působení pasátového proudění, pokládá moderní oceánografie rovněž za klíčový faktor oceánické cirkulace. Konceptuální rozvrh této interpretace předkládá v prvních letech 20. století jeden ze zakladatelů moderní oceánografie, švédský fyzik Vagn Walfrid Ekman (1874–1954). Empirický fakt, že reálný směr oceánického proudění se zpravidla o 20 až 40° liší od směru větrů, Ekman vysvětlil Coriolisovým efektem – působením Coriolisovy síly odchylující hmotné body rotujícího tělesa od osy centrifugálního působení úměrně aktuální rychlosti rotačního pohybu. Interference s pasátovými větry směruje tak proudění vody severozápadně na severní polokouli a jihozápadně na jižní polokouli. V důsledku Coriolisova efektu jsou vodní víry severní polokoule pravotočivé, na jižní polokouli levotočivé. Směrem do hloubky energie a plocha vírů obecně klesá – výsledkem je hydrodynamický útvar nazývaný Ekmanova spirála, jehož efekty specificky ovlivňují pohyb vod v šelfových oblastech.

Ucelený model globální oceánické cirkulace, zohledňující faktory demonstrované Ekmanovou analýzou, vytyčuje na příkladu Atlantického oceánu další z vizionářských zakladatelů moderní oceánografie Henry Melson Stommel (1920–1992), viz [2]. Dokládá, že v důsledku Ekmanova transportu se teplé hypersalinní povrchové vody v západních okrajích oceánu vzdalují od oblasti intertropické konvergence, v níž na povrch vystupují chladnější vody hlubšího pásma přispívající k zesílení intenzity severně se stáčejícího Golfského proudu (podobně jako v případě analogického proudu Kuroshio v pacifické oblasti). Golfský proud se v šířce kolem 100 km pohybuje rychlostí 2 až 4 m/s, v oblasti Floridského průlivu činí jeho úhrnný transport 30 Sv.¹⁾ V oblasti mysu Hatteras (Severní Karolína) dosahuje již 50 až 80 Sv, složitým způsobem se větví, interferuje s množstvím semistabilních vírů (obr. 2) a s poněkud sníženou rychlostí postupuje východním směrem do centrálního Atlantiku jako Severoatlantický proud, přinášející teplé, solí nasycené vody k evropským břehům.