Atlanti-óceáni meridionális bukóáramlás (AMOC)
Az Atlanti-óceán meridionális bukóáramlás (AMOC) az Atlanti-óceán fő óceáni áramlási rendszere.
A Föld óceáni cirkulációs rendszerének egyik összetevője, és fontos szerepet játszik az éghajlati rendszerben. Az AMOC magában foglalja az atlanti áramlatokat a felszínen és a nagy mélységekben, amelyeket az időjárás, a hőmérséklet és a sótartalom változásai mozgatnak. Ezek az áramlatok alkotják a fő óceáni áramlatok áramlását magában foglaló globális termohalin cirkuláció felét, a másik felét pedig a Déli-óceán felboruló cirkulációja.
Az AMOC az Alanti-óceán felső rétegeiben lévő meleg, sósabb víz észak felé irányuló áramlásából és a hideg, sós, mély víz dél felé irányuló, visszatérő áramlásából áll. A délről érkező meleg víz sósabb ("haloklin"), mivel a trópusi övezetben nagyobb a párolgás mértéke. A meleg sós víz alkotja az óceán felső rétegét ("termoklin"), de amikor ez a réteg lehűl, a sós víz sűrűsége megnő, így a mélybe süllyed. Ez az AMOC-rendszer motorjának fontos része. A végtagokat az északi tengerek és a Déli-óceán felborulásos régiói kötik össze. Az átfordulási területek intenzív hő-, oldott oxigén-, szén- és egyéb tápanyagcserével járnak, és nagyon fontosak az óceáni ökoszisztémák és az óceán szénelnyelő funkciója szempontjából. Az AMOC erősségében bekövetkező változások az éghajlati rendszer több elemére is hatással lehetnek.
Az éghajlatváltozás gyengítheti az AMOC-ot az óceánok hőtartalmának növekedése és az olvadó jégtakarókból származó édesvíz megnövekedett áramlása révén. Az oceanográfiai rekonstrukciókat használó tanulmányok szerint 2015-ben az AMOC gyengébb, mint az ipari forradalom előtt volt. Vita folyik a különböző tényezők relatív hozzájárulásáról, és nem világos, hogy a gyengülés mekkora része az éghajlatváltozásnak vagy a cirkuláció évezredek óta tartó természetes változékonyságának köszönhető. Az éghajlati modellek szerint az AMOC tovább gyengül a 21. században. Ez a gyengülés hatással lenne a levegő átlagos hőmérsékletére Skandinávia és Nagy-Britannia felett, mivel ezeket a régiókat az észak-atlanti sodrás melegíti. Az AMOC gyengülése felgyorsítaná a tengerszint emelkedését is Észak-Amerika körül, és csökkentené az elsődleges termelést az Atlanti-óceán északi részén.
Az AMOC súlyos gyengülése a cirkuláció összeomlásához vezethet, ami nem lenne könnyen visszafordítható, és így az éghajlati rendszer egyik fordulópontját képezi. Az összeomlás jelentősen csökkentené az átlaghőmérsékletet és az eső- és hómennyiséget Európában. Emellett növelheti a szélsőséges időjárási események gyakoriságát és más súlyos hatásokkal járhat. A jó minőségű földrendszeri modellek szerint az összeomlás nem valószínű, és csak akkor válna valószínűvé, ha a nagymértékű felmelegedés (≥4 °C (7.2 °F)) sokáig fennmarad 2100 után. Egyes paleoceanográfiai kutatások alátámasztani látszanak ezt az elképzelést. Egyes kutatók attól tartanak, hogy a komplex modellek túl stabilak, és hogy a korábbi összeomlásra utaló, alacsonyabb komplexitású előrejelzések pontosabbak. Az egyik ilyen előrejelzés szerint az AMOC összeomlása 2057 körül következhet be, de sok tudós szkeptikus az előrejelzéssel kapcsolatban. Egyes kutatások szerint a Déli-óceán felboruló cirkulációja is hajlamosabb lehet az összeomlásra, mint az AMOC.
Általános szerkezet
Az Atlanti-óceán meridionális forduló cirkulációja (AMOC) az Atlanti-óceán fő áramlási rendszere és része a globális termohalin cirkulációnak is, amely a világ óceánjait egyetlen, folyamatos vízcserét biztosító "szállítószalaggal" köti össze. Normális esetben a viszonylag meleg, kevésbé sós víz az óceán felszínén marad, míg a mélyebb rétegek hidegebbek, sűrűbbek és sósabbak, amit óceáni rétegződésnek nevezünk. A mély víz végül hőt nyer és/vagy sótartalmat veszít a kevert óceáni réteggel való cserében, és kevésbé sűrűvé válik, és a felszín felé emelkedik. Az óceáni rétegek és a világóceán egyes részei között hőmérséklet- és sótartalomkülönbségek vannak, és ezek együttesen mozgatják a termohalin cirkulációt. A Csendes-óceán kevésbé sós, mint a többi óceán, mivel nagy mennyiségű friss csapadékot kap. Felszíni vize nem elég sós ahhoz, hogy néhány száz méternél mélyebbre süllyedjen, vagyis a mélytengeri víznek máshonnan kell származnia.
Az Atlanti-óceán északi részén az óceán vize sósabb, mint a Csendes-óceáné, részben azért, mert a felszíni párolgás a maradék vízben koncentrálja a sót, részben pedig azért, mert a sarkkör közelében lévő tengeri jég a téli fagyás során sót bocsát ki magából. Ami még fontosabb, hogy az Atlanti-óceánban elpárolgó nedvességet a légköri áramlás gyorsan elviszi, mielőtt az eső formájában visszahullhatna. A passzátszelek ezt a nedvességet Közép-Amerikán keresztül a Csendes-óceán keleti északi részébe szállítják, ahol eső formájában lehull. A nagyobb hegyvonulatok, mint például a Tibeti-fennsík és a Sziklás-hegység, megakadályozzák az Atlanti-óceánba való visszaszállítást. Ennek a folyamatnak köszönhetően az atlanti felszíni víz sós és ezért sűrű lesz, és végül az észak-atlanti mélyvizet (NADW) alkotva lefelé áramlik. A NADW kialakulása elsősorban az Északi tengerekben történik, és olyan regionális víztömegek összetett kölcsönhatásán alapul, mint a Dán-szoros túlfolyó vize (DSOW), az Izland-Skócia túlfolyó vize (ISOW) és az Északi tengerek túlfolyó vize. A Labrador-tenger vize is fontos szerepet játszhat, de egyre több bizonyíték utal arra, hogy a Labrador- és Irminger-tengerek vize elsősorban az Észak-atlanti Gyre-en keresztül kering, és kevéssé kapcsolódik az AMOC többi részéhez..
Az NADW nem a legmélyebb vízréteg az Atlanti-óceánban; az antarktiszi fenékvíz (AABW) mindig a legsűrűbb, legmélyebb óceáni réteg minden 4000 méternél mélyebb medencében. Ahogy az AABW felső szakasza felfelé áramlik, beleolvad és megerősíti az NADW-t. A NADW kialakulása egyben a cirkuláció alsó cellájának kezdete is. A leáramlást, amely a NADW-t kialakítja, ugyanolyan mértékű feláramlás ellensúlyozza. Az Atlanti-óceán nyugati részén az Ekman-transzport, vagyis az óceáni rétegek keveredésének a széltevékenység által okozott fokozódása erős feláramlást eredményez a Kanári-áramlatban és a Benguela áramlatban, amelyek Afrika északnyugati és délnyugati partjainál találhatók. 2014 óta a Kanári-áramlat körül lényegesen erősebb a feláramlás, mint a Benguela-áramlat körül, bár a közép-amerikai tengeri útvonal pliocén végi lezárásáig ellentétes mintázat létezett. Az Atlanti-óceán keleti részén jelentős feláramlás csak az év bizonyos hónapjaiban fordul elő, mivel e régió mély termoklinája miatt a feláramlás jobban függ a tengerfelszín hőmérsékletének állapotától, mint a széltevékenységtől. Létezik egy többéves feláramlási ciklus is, amely az El Niño/La Niña-ciklussal szinkronban zajlik.
Ezzel egyidejűleg az NADW dél felé mozog, és az atlanti transzekt déli végénél a víz mintegy 80%-a a Déli-óceánban feláramlik, összekapcsolódva a Déli-óceán feláramló cirkulációjával (SOOC). A feláramlás után a víz a felfogás szerint két útvonal egyikén halad. Az Antarktisz közelében felszínre törő vizet valószínűleg lehűti az antarktiszi tengeri jég, és visszasüllyed a keringés alsó cellájába. E víz egy része újra csatlakozik az AABW-hez, de az alsó cella áramlásának többi része végül eléri a Csendes- és az Indiai-óceán mélységeit. Az alacsonyabb, jégmentes szélességeken feláramló víz az Ekman-transzport miatt északabbra halad, és a felső cellába kerül. A felső cella meleg vize felelős az Atlanti-óceán északi részébe való visszaáramlásért, amely főként Afrika partjai körül és az Indonéz szigetvilágon keresztül történik. Amint ez a víz visszatér az Észak-Atlanti-óceánba, hűvösebbé és sűrűbbé válik, és lesüllyed, visszatáplálva az NADW-t.
Szerep az éghajlati rendszerben
Az egyenlítői területek a Föld legforróbb részei; a termodinamika miatt ez a hő a sarkok felé mozog. A hő nagy részét a légköri keringés szállítja, de a meleg, felszíni óceáni áramlatok is fontos szerepet játszanak. Az Egyenlítőtől a hő észak vagy dél felé áramlik; az Atlanti-óceán az egyetlen óceán, amelyben a hőáramlás észak felé irányul. Az Atlanti-óceánban a hőátadás nagy része a Golf-áramlatnak köszönhető, egy felszíni áramlatnak, amely a Karib-tenger felől észak felé szállítja a meleg vizet. Míg a Golf-áramlat egészét egyedül a szelek mozgatják, legészakibb szakasza, az Észak-atlanti áramlat a hő nagy részét az AMOC termohalin cseréjéből nyeri, így az AMOC a teljes hőmennyiség akár 25%-át is az északi félteke felé szállítja, és fontos szerepet játszik az Északnyugat-Európa körüli éghajlatban.
Mivel a légköri minták is nagy szerepet játszanak a hőátadásban, az az elképzelés, hogy Észak-Európa éghajlata az óceáni áramlatokon keresztül történő hőszállítás nélkül ugyanolyan hideg lenne, mint Észak-Amerika északi részén (azaz akár 15-20 °C-kal hidegebb), általában helytelennek tekinthető. Bár egy modellezési tanulmány szerint az AMOC összeomlása egy évszázadon belül jégkorszakhoz hasonló lehűlést eredményezhet, beleértve a tengeri jég kiterjedését és a tömeges gleccserek kialakulását, ezen eredmények pontossága megkérdőjelezhető. Egyetértés van abban, hogy az AMOC Észak- és Nyugat-Európát melegebben tartja, mint amilyen egyébként lenne, a különbség területtől függően 4 °C és 10 °C. A Florida-áramlással kapcsolatos tanulmányok szerint például a Golf-áramlat körülbelül 1200 és 1850 között a felszíni sótartalom növekedése miatt mintegy 10%-kal gyengébb volt, és ez valószínűleg hozzájárult a kis jégkorszakként ismert körülményekhez.
Az AMOC két fő módon teszi az Atlanti-óceánt hatékonyabb szén-dioxid-nyelővé. Először is, a feláramlás nagy mennyiségű tápanyagot juttat a felszíni vizekbe, ami támogatja a fitoplankton növekedését, és ezáltal növeli a tengeri elsődleges termelést és a fotoszintézis teljes mennyiségét a felszíni vizekben. Másodszor, a feláramló víz alacsony koncentrációban tartalmaz oldott szenet, mivel a víz jellemzően 1000 éves, és nem volt kitéve az antropogén eredetű CO2-növekedésnek a légkörben. Ez a víz nagyobb mennyiségű szenet nyel el, mint a telítettebb felszíni vizek, és megakadályozza, hogy a leáramláskor visszaadja a szenet a légkörbe. Míg a Déli-óceán messze a legerősebb óceáni szénelnyelő, az Atlanti-óceán északi része a legnagyobb egyedi szénelnyelő az északi féltekén.
Hirtelen változások a késő pleisztocén során
Mivel az AMOC a változó hőmérsékletű és sótartalmú óceáni vízrétegek közötti kölcsönhatásoktól függ, nem statikus, hanem kisebb, ciklikus változások és nagyobb, hosszú távú elmozdulások következnek be a külső hatások hatására. Sok ilyen elmozdulás történt a késő pleisztocén (126 000-11 700 évvel ezelőtt) során, amely a jelenlegi holocént megelőző utolsó geológiai korszak volt. Ide tartozik az utolsó jégkorszak is, amelyet a köznyelvben "utolsó jégkorszaknak" neveznek. Ebben az időszakban huszonöt hirtelen hőmérséklet-ingadozás történt a féltekék között; ezeket az ingadozásokat Dansgaard-Oeschger eseményeknek (D-O események) nevezik Willi Dansgaard és Hans Oeschger után, akik az 1980-as években grönlandi jégmagok elemzése során fedezték fel őket.
A D-O események leginkább arról ismertek, hogy Grönlandon több évtized alatt 8 °C és 15 °C közötti gyors felmelegedés következett be. Az egész észak-atlanti térségben is felmelegedés következett be, de a Déli-óceánon is hasonló mértékű lehűlés következett be ezen események során. Ez összhangban van azzal, hogy a megerősödött AMOC több hőt szállított az egyik féltekéről a másikra. Az északi félteke felmelegedése a jégtakaró olvadását okozhatta, és úgy tűnik, hogy számos D-O eseménynek Heinrich-események vetettek véget, amelyek során hatalmas jéghegyáramok szakadtak le az akkori Laurentide jégtakaróról. Ahogy a jéghegyek megolvadtak az óceánban, az óceán vize frissebbé vált volna, ami gyengítette volna a cirkulációt és megállította volna a D-O felmelegedést.
Még nincs konszenzusos magyarázat arra, hogy az AMOC miért ingadozott ennyire, és csak ebben a jégkorszakban. Az általános hipotézisek között szerepelnek a sótartalom változásának ciklikus mintái az Atlanti-óceán északi részén, vagy a régió jégtakaróinak növekedése és csökkenése miatti szélmintázati ciklus, amelyek elég nagyok ahhoz, hogy befolyásolják a szélmintákat. A 2010-es évek végétől egyes kutatások szerint az AMOC a legérzékenyebb a változásokra a kiterjedt jégtakarók és az alacsony CO2-értékek időszakában, ami az utolsó jégkorszakot az ilyen ingadozások "kedvező pontjává" teszi. Egyes feltételezések szerint a déli félteke felmelegedése indította volna el a mintázatot, mivel a melegebb vizek az általános termohalin cirkuláció révén észak felé terjedtek. A paleoklíma bizonyítékai jelenleg nem elég erősek ahhoz, hogy meg lehessen mondani, hogy a D-O események az AMOC változásával kezdődtek-e, vagy az AMOC más kiváltó tényező hatására változott-e. Egyes kutatások szerint például a tengeri jégtakaró változásai indították el a D-O eseményeket, mivel ezek a jég-albedo visszacsatolás révén befolyásolták volna a víz hőmérsékletét és a cirkulációt.
A D-O események számozása fordított sorrendben történik; a legnagyobb számok a legrégebbi eseményekhez tartoznak. Az utolsó előtti esemény, a Dansgaard-Oeschger 1. esemény mintegy 14 690 évvel ezelőtt történt, és az átmenetet jelzi a legidősebb szárazság időszakából a Bølling-Allerød interstadiálba, amely 12 890 évvel a jelenkor előttig tartott. Nevét arról a két dániai lelőhelyről kapta, ahol olyan növényzeti fosszíliákat találtak, amelyek csak az északi félteke viszonylag meleg időszakában maradhattak fenn. Az északi félteke jelentős felmelegedését ellensúlyozta a déli félteke lehűlése és a globális hőmérséklet kis nettó változása, ami összhangban van az AMOC változásával. Az interstádium kezdete a jégtakaró összeomlásából eredő tengerszint-emelkedés időszakát is okozta, amelyet Meltwater pulse 1A-nak nevezünk.
Az interglaciális Bølling és Allerød szakaszát két évszázadnyi ellentétes mintázat - északi féltekén lehűlés, déli féltekén felmelegedés - választotta el egymástól, amit idősebb Dryasnak neveznek, mivel a Dryas octopetala sarkvidéki virág ott vált uralkodóvá, ahol az interglaciális alatt erdők nőhettek. Az interglaciális a Younger Dryas (YD) időszak (12 800-11 700 évvel ezelőtt) kezdetével ért véget, amikor az északi félteke hőmérséklete - valószínűleg egy évtizeden belül - visszatért az eljegesedés közeli szintre, ami az AMOC hirtelen lelassulása miatt következett be, amit - a Heinrich-eseményekhez hasonlóan - a Laurentide jégtakaró jégveszteségéből eredő felfrissülés okozott. A valódi Heinrich-eseményekkel ellentétben itt nem tömeges jéghegyveszteség, hanem hatalmas olvadékvíz-áramlás volt a Mackenzie folyón keresztül a mai Kanada területén, és jelentős változások következtek be a csapadékrendszerben, például az intertrópusi konvergenciazóna délre tolódása, a csapadékmennyiség növekedése Észak-Amerikában, valamint Dél-Amerika és Európa kiszáradása. A globális hőmérséklet ismét alig változott a fiatalabb szárazság alatt, és a hosszú távú, jégkorszak utáni felmelegedés a végét követően folytatódott.
Stabilitás és sebezhetőség
Az AMOC nem mindig létezett; a Föld történelmének nagy részében az északi féltekén az északi Csendes-óceánban forduló cirkuláció zajlott. A paleoklíma bizonyítékai azt mutatják, hogy az overturning cirkuláció eltolódása a Csendes-óceánból az Atlanti-óceánba 34 millió évvel ezelőtt, az eocén-oligocén átmenet idején történt, amikor az északi-sarki-atlanti átjáró bezárult. Ez a bezáródás alapvetően megváltoztatta a termohalin cirkuláció szerkezetét; egyes kutatók szerint az éghajlatváltozás végül visszafordíthatja ezt az eltolódást, és az AMOC leállása után ismét a csendes-óceáni cirkuláció állhat helyre. Az éghajlatváltozás úgy hat az AMOC-ra, hogy a Föld energiaegyensúlyának felborulása következtében a felszíni víz melegebbé válik, és a felszíni víz kevésbé sós lesz az olvadó jégből - főként Grönlandról - származó nagy mennyiségű édesvíz hozzáadásával, valamint az Atlanti-óceán északi része feletti csapadék növekedésével. Mindkét ok növelné a felszíni és a mélyrétegek közötti különbséget, megnehezítve ezzel a fel- és leáramlást, amely a cirkulációt mozgatja.
Az 1960-as években Henry Stommel végezte az AMOC kutatásának nagy részét azzal, ami később a Stommel Box modell néven vált ismertté, amely bevezette a Stommel-bifurkáció gondolatát, amelyben az AMOC vagy egy erős állapotban létezhet, mint amilyen az egész feljegyzett történelem során volt, vagy ténylegesen összeomlik egy sokkal gyengébb állapotba, és nem áll helyre, hacsak az összeomlást okozó fokozott felmelegedés és/vagy felfrissülés nem csökken. A felmelegedés és a frissülés közvetlenül okozhatja az összeomlást, vagy gyengítheti a cirkulációt olyan állapotba, amelyben a szokásos ingadozásai (zaj) átlökhetik azt a billenési ponton. Az a lehetőség, hogy az AMOC egy bistabil rendszer, amely vagy "be" vagy "ki" van kapcsolva, és hirtelen összeomolhat, azóta is tudományos vita tárgya. 2004-ben a The Guardian közölte a Pentagon védelmi tanácsadója, Andrew Marshall által megrendelt jelentés eredményeit, amely szerint az AMOC hirtelen leállása következtében 2010 és 2020 között 6 °F (3,3 °C) értékkel csökkenne az éves átlaghőmérséklet Európában.
Az AMOC összeomlásának modellezése
A Stommel munkája után kifejlesztett modellek némelyike azt sugallja, hogy az AMOC-nak egy vagy több köztes stabil állapota lehet a teljes erősség és a teljes összeomlás között. Ez inkább a köztes összetettségű Földmodellekben (EMIC) figyelhető meg, amelyek az éghajlati rendszer bizonyos részeire, például az AMOC-ra összpontosítanak, és másokat figyelmen kívül hagynak, mint az átfogóbb általános cirkulációs modellekben (GCM), amelyek a teljes éghajlat szimulálásának "arany standardját" képviselik, de gyakran egyszerűsíteniük kell bizonyos kölcsönhatásokat. A GCM-ek jellemzően azt mutatják, hogy az AMOC-nak egyetlen egyensúlyi állapota van, és hogy nehéz vagy lehetetlen összeomlania. A kutatók aggályokat vetettek fel, hogy ez a modellezett összeomlással szembeni ellenállás csak azért következik be, mert a GCM-szimulációk hajlamosak nagy mennyiségű édesvizet az Északi-sark felé terelni, ahol az már nem befolyásolja a cirkulációt, ami a természetben nem fordul elő.
2024-ben három kutató olyan szimulációt végzett az egyik közösségi Földrendszer-modellel (CIMP), amelyben klasszikus AMOC-összeomlás következett be, hasonlóan a közepes komplexitású modellekhez. 2024-ben néhány más szimulációtól eltérően nem azonnal irreális olvadékvízszintnek tették ki a modellt, hanem fokozatosan növelték a bemeneti értékeket. Szimulációjuk több mint 1700 évig futott, mielőtt az összeomlás bekövetkezett, és végül ők is olyan olvadékvízszinteket értek el, amelyek évi 6 cm-es tengerszint-emelkedéssel egyenértékűek, ami körülbelül hússzor nagyobb, mint az 1993 és 2017 közötti 2,9 mm/éves tengerszint-emelkedés, és jóval minden plauzibilisnek tartott szint felett van. A kutatók szerint ezek az irreális feltételek a modell irreális stabilitásának ellensúlyozására szolgáltak, és a modell eredményét nem előrejelzésnek kell tekinteni, hanem inkább annak nagy felbontású ábrázolásának, ahogyan az áramlatok az összeomlás előtt elkezdenének változni. Más tudósok egyetértettek abban, hogy a tanulmány eredményei elsősorban a reálisabb vizsgálatok kalibrálásában segíthetnek, különösen, ha jobb megfigyelési adatok állnak majd rendelkezésre.
Tendenciák
Megfigyelések
Az AMOC erősségére vonatkozó közvetlen megfigyelések 2004 óta állnak rendelkezésre az Atlanti-óceánon az Északi szélesség 26°-án található RAPID-rendszerből. A megfigyelési adatokat hosszabb ideig kell gyűjteni ahhoz, hogy hasznosak legyenek. Így egyes kutatók kisebb léptékű megfigyelésekből próbáltak előrejelzéseket készíteni; például 2005 májusában Peter Wadhams tengeralattjáró-alapú kutatása szerint a Grönlandi-tengerben - az AMOC-rendszer egy kis részében - a leáramlás, amelyet a kéményeknek becézett óriási vízoszlopok segítségével mértek, a vizet lefelé továbbítva a normális erejének kevesebb mint negyedét érte el. 2000-ben más kutatók az észak-atlanti gyűrű (NAG), más néven északi szubpoláris gyűrű (SPG) trendjeire összpontosítottak. A 2004-ben végzett mérések a NAG 30%-os csökkenését találták az 1992-es méréshez képest; egyesek ezt a mérést az AMOC összeomlásának jeleként értelmezték. A RAPID adatok azóta kimutatták, hogy ez statisztikai anomália volt, és a 2007-es és 2008-as megfigyelések a NAG helyreállását mutatták. Ma már ismert, hogy a NAG nagyrészt elkülönül az AMOC többi részétől, és attól függetlenül összeomolhat.
2014-re elegendő feldolgozott RAPID-adat állt rendelkezésre 2012 végéig; ezek az adatok a keringés csökkenését mutatták, amely tízszer nagyobb volt, mint amit az akkori legfejlettebb modellek előre jeleztek. Tudományos vita kezdődött arról, hogy ez az éghajlatváltozás erős hatását vagy a cirkuláció nagy évszakok közötti változékonyságát jelzi-e. A 2017-ig terjedő adatok azt mutatták, hogy a 2008-as és 2009-es csökkenés anomálisan nagy volt, de a 2008 utáni cirkuláció gyengébb volt, mint a 2004-2008 közötti időszakban.
Az AMOC-ot a hőszállításban bekövetkező változások nyomon követésével is mérik, amelyek összefüggésbe hozhatók az általános áramlásokkal. 2017-ben és 2019-ben a NASA CERES műholdjai és a nemzetközi Argo úszóművek által végzett hőmegfigyelésekből származó becslések 15-20%-kal kevesebb hőszállításra utaltak, mint amit a RAPID feltételezett, és meglehetősen stabil áramlást jeleztek, korlátozottan jelezve az évtizedes változékonyságot.
Rekonstrukciók
Közelmúlt
Az éghajlati rekonstrukciók lehetővé teszik a kutatások számára, hogy az AMOC múltbeli állapotára vonatkozó utalásokat gyűjtsenek, bár ezek a technikák szükségszerűen kevésbé megbízhatóak, mint a közvetlen megfigyelések. 2021 februárjában a RAPID-adatokat olyan adatokból rekonstruált trendekkel kombinálták, amelyeket 25 évvel a RAPID előtt rögzítettek. Ez a tanulmány nem mutatott bizonyítékot az AMOC általános csökkenésére az elmúlt 30 év során. 2020-ban megjelent Science Advances tanulmány nem talált jelentős változást az AMOC-cirkulációban az 1990-es évekhez képest, bár ugyanebben az időszakban jelentős változások történtek az Atlanti-óceán északi részén. Egy 2022. márciusi áttekintő cikk arra a következtetésre jutott, hogy bár a globális felmelegedés okozhatja az AMOC hosszú távú gyengülését, ezt továbbra is nehéz kimutatni az 1980 óta bekövetkezett változások elemzésekor, beleértve mindkét közvetlen - mivel ez az időszak a gyengülés és az erősödés időszakát is bemutatja -, és bármelyik változás nagyságrendje bizonytalan, 5% és 25% között mozog. A felülvizsgálat az érzékenyebb és hosszabb távú kutatásokra való felhívással zárult.
20. század
Egyes rekonstrukciók megpróbálták összehasonlítani az AMOC jelenlegi állapotát az egy évszázaddal korábbi állapotokkal. Egy 2010-es statisztikai elemzés például megállapította, hogy az AMOC gyengülése az 1930-as évek vége óta folytatódik, és 1970 körül egy észak-atlanti felboruló cella hirtelen eltolódása következett be. 2015-ben egy másik statisztikai elemzés az AMOC gyengülésének jeleként értelmezte a hőmérséklet-feljegyzések egyes éveinek hideg mintázatát. 2015-ben egy másik statisztikai elemzés az AMOC gyengülésének jeleként értelmezte. Arra a következtetésre jutott, hogy az AMOC 200 év alatt 15-20%-kal gyengült, és hogy a 20. század nagy részében a cirkuláció lelassult. 1975 és 1995 között a cirkuláció gyengébb volt, mint az elmúlt évezredben bármikor. Ez az elemzés 1990 után is korlátozott fellendülést mutatott, de a szerzők figyelmeztettek, hogy a jövőben valószínűleg újabb csökkenés várható.
2018-ban egy másik rekonstrukció szerint a huszadik század közepe óta mintegy 15%-os gyengülés következett be. 2018-ban egy 2021-es rekonstrukció több mint egy évszázadnyi óceánhőmérséklet- és sótartalom-adatot használt fel, amely nyolc független AMOC-indexben jelentős változásokat mutatott ki, ami "a stabilitás szinte teljes elvesztését" jelezheti. Ez a rekonstrukció kénytelen volt kihagyni az 1900 előtti és az 1980 utáni 35 év összes adatát, hogy mind a nyolc mutató konzisztens nyilvántartását megőrizze. Ezeket az eredményeket megkérdőjelezte egy 2022-es kutatás, amely 1900 és 2019 között rögzített adatokat használt, és nem talált változást az AMOC-ban 1900 és 1980 között, és az AMOC erősségében 1980-ig nem következett be egyszerszeres csökkenés, ami a természetes változékonyság tartományán belül marad.
Ezeréves skála
Egy 2018-as tanulmány szerint az elmúlt 150 évben az AMOC kivételes gyengeséget mutatott az előző 1500 évhez képest, és eltérést jelzett az AMOC csökkenésének modellezett időzítésében a kis jégkorszak után. Egy 2017-es áttekintés arra a következtetésre jutott, hogy erős bizonyítékok vannak az AMOC erejének és szerkezetének múltbeli változásaira olyan hirtelen éghajlati események során, mint a fiatalabb szárazság és számos Heinrich-esemény. 2022-ben egy másik évezredes léptékű rekonstrukció megállapította, hogy az Atlanti-óceán több évtizedes változékonysága erősen növekvő "memóriát" mutat, ami azt jelenti, hogy ma már kevésbé valószínű, hogy visszatér az átlagos állapothoz, és ehelyett a múltbeli változások irányába haladna. Mivel ez a mintázat valószínűleg az AMOC-hoz kapcsolódik, ez a stabilitás "csendes" elvesztését jelezheti, amit a legtöbb modellben nem látunk.
2021 februárjában a Nature Geoscience-ben megjelent nagyszabású tanulmány arról számolt be, hogy az előző évezredben példátlanul gyengült az AMOC, ami arra utal, hogy a változást emberi tevékenység okozta. A tanulmány társszerzői szerint az AMOC már mintegy 15%-kal lelassult, és a hatások most jelentkeznek; szerintük: "20-30 éven belül valószínűleg tovább gyengül, és ez elkerülhetetlenül hatással lesz az időjárásunkra, így Európában a viharok és hőhullámok növekedését, az USA keleti partvidékén pedig a tengerszint emelkedését látnánk." 2022 februárjában a Nature Geoscience egy 17 tudós társszerzője által írt "Matters Arising" című kommentárcikket tett közzé, amely vitatta ezeket az eredményeket, és azt mondta, hogy a hosszú távú AMOC-trend továbbra is bizonytalan. A folyóirat a 2021-es tanulmány szerzőinek válaszát is közzétette, akik megvédték eredményeiket.
Lehetséges közvetett jelek
Egyes kutatók a közelmúltban megfigyelt számos éghajlati változást és tendenciát úgy értelmeztek, hogy azok az AMOC csökkenéséhez kapcsolódnak; például az észak-atlanti gyűrű egy nagy területe Grönland közelében 1900 és 2020 között 0,39 °C-kal (0,70 °F) lehűlt, szemben a máshol tapasztalható jelentős óceáni felmelegedéssel. Ez a lehűlés általában szezonális; februárban a legkifejezettebb, amikor a lehűlés eléri a 0,9 °C-ot (1,6 °F) a terület epicentrumában, de a meleg hónapokban, különösen augusztusban még mindig melegedés tapasztalható az iparosodás előtti szintekhez képest. 2014 és 2016 között a terület vize 19 hónapig hűvös maradt, mielőtt felmelegedett, és a média ezt a jelenséget hideg foltnak nevezte.
A hidegfoltos mintázat azért alakul ki, mert a kellően friss, hűvös víz nem süllyed a mélyebb rétegekbe. Ezt a felfrissülést azonnal az AMOC lassulásának bizonyítékaként írták le. Későbbi kutatások szerint a légköri változások, például az alacsony felhőzet növekedése és az észak-atlanti oszcilláció (NAO) erősödése is nagy szerepet játszott ebben a helyi lehűlésben. A NAO általános jelentősége a jelenségben vitatott, de a cold-blob trendek önmagukban nem használhatók az AMOC erejének elemzésére.
Az AMOC lassulásának egy másik lehetséges korai jele az Észak-Atlanti-óceán szén-dioxid-nyelőként való működésének relatív csökkenése. 2004 és 2014 között az Atlanti-óceán északi részén megkötött szén mennyisége az 1994-2004 közötti időszakhoz képest 20%-kal csökkent, amit a kutatók az AMOC lassulásának bizonyítékaként értékeltek. Ezt a csökkenést ellensúlyozta egy hasonló mértékű növekedés az Atlanti-óceán déli részén, amelyet a Déli-óceán részének tekintenek. Bár az előrejelzések szerint az összes szén-dioxid-elnyelő által megkötött összes szén-dioxid-elnyelés mennyisége általában véve növekedni fog a 21. század folyamán, az észak-atlanti elnyelő folyamatos csökkenése fontos következményekkel járna. További folyamatok, amelyeket egyes tanulmányok az AMOC lassulásának tulajdonítottak, a következők: a sótartalom növekedése az Atlanti-óceán déli részén, gyors oxigénhiányosodás a Szent Lőrinc-öbölben, és a fitoplankton termelékenységének körülbelül 10%-os csökkenése az Atlanti-óceán északi részén az elmúlt 200 évben.
Előrejelzések
Egyedi modellek
Történelmileg a CMIP-modellek, az éghajlattudomány arany standardja, azt mutatják, hogy az AMOC nagyon stabil; bár gyengülhet, de mindig helyreáll, nem pedig véglegesen összeomlik - például egy 2014-es idealizált kísérletben, amelyben a CO2-koncentráció hirtelen megduplázódik az 1990-es szinthez képest, és utána nem változik, a keringés körülbelül 25%-kal csökken, de nem omlik össze, bár a következő 1000 év alatt csak 6%-kal áll helyre. 2020-ban a kutatás becslése szerint, ha a felmelegedés 2100-ra 1,5 °C-on, 2 °C-on vagy 3 °C-on stabilizálódik; mindhárom esetben a hőmérséklet-emelkedés megszűnése után az AMOC további 5-10 évig csökken, de nem közelíti meg az összeomlást, és körülbelül 150 év múlva részben helyreáll.
Számos kutató szerint az összeomlás csak a nagy léptékű modellekben továbbra is fennálló torzítások miatt kerülhető el. Bár a modellek idővel javultak, a hatodik és 2020-tól a jelenlegi generációs CMIP6 továbbra is tartalmaz néhány pontatlanságot. Ezek a modellek átlagosan sokkal nagyobb AMOC-gyengülést szimulálnak az üvegházhatást okozó felmelegedés hatására, mint az előző generáció; amikor négy CMIP6 modell szimulálta az AMOC-ot az SSP3-7 forgatókönyv szerint, amelyben a CO2-szint 2100-ra a 2015-ös értékekhez képest több mint kétszeresére, mintegy 400 ppm-ről 850 ppm fölé emelkedik azt találták, hogy 2100-ra több mint 50%-kal csökken. A CMIP6 modellek még nem képesek az észak-atlanti mélyvizeket (NADW) a mélység, a terület vagy mindkettő hibája nélkül szimulálni, ami csökkenti az előrejelzéseikbe vetett bizalmat.
E problémák megoldására egyes tudósok torzításkorrekcióval kísérleteztek. Egy másik idealizált CO2-kétszeresére vonatkozó kísérletben az AMOC 300 év után összeomlott, amikor torzításkorrekciót alkalmaztak a modellben. Egy 2016-os kísérletben nyolc, akkoriban legkorszerűbb CMIP5 klímamodell előrejelzéseit kombinálták a grönlandi jégtakaró olvadásának javított becsléseivel. Megállapította, hogy 2090-2100-ra az AMOC mintegy 18%-kal (3%-34%) gyengülne a 4.5. reprezentatív koncentrációs útvonal közepes értékei mellett, és 37%-kal (15%-65%) a 8.5. reprezentatív koncentrációs útvonal nagyon magas értékei mellett, amelyben az üvegházhatású gázok kibocsátása folyamatosan nő. Amikor a két forgatókönyvet 2100 utánra is kiterjesztettük, az AMOC stabilizálódott a 4.5 RCP 4.5 alatt, de tovább csökkent a 8.5 RCP alatt, ami 2290-2300-ra átlagosan 74%-os csökkenést eredményezett, és 44%-os valószínűséggel teljes összeomláshoz vezetett.
2020-ban egy másik kutatócsoport egy fejlett óceánfizikai modullal integrált közösségi Földrendszer-modellben szimulálta az RCP 4.5 és az RCP 8.5 2005 és 2250 közötti időszakát. A modulnak köszönhetően az AMOC négyszer-tízszer több édesvíznek volt kitéve a standard futtatáshoz képest. Az RCP 4.5 esetében nagyon hasonló eredményeket szimulált, mint a 2016-os tanulmány, míg az RCP 8.5 alatt a cirkuláció 2100 után hamarosan kétharmadával csökken, de nem omlik össze ezen a szinten túl.
2023-ban több közepes bonyolultságú modell statisztikai elemzése szerint az AMOC összeomlása 2057 körül valószínűsíthető, és 95%-os biztonsággal 2025 és 2095 között következik be. Ez a tanulmány nagy figyelmet és kritikát kapott, mivel a közepes bonyolultságú modelleket általában kevésbé megbízhatónak tartják, és összetéveszthetik a cirkuláció jelentős lassulását a teljes összeomlással. A tanulmány az Északi Szubpoláris Gyre régióból származó proxy hőmérsékleti adatokra támaszkodott, amelyet más tudósok nem tartanak reprezentatívnak a teljes cirkulációra nézve, mivel úgy vélik, hogy az egy külön billenési pontnak lehet kitéve. Néhány tudós "aggasztónak" nevezte ezt a kutatást, és megjegyezte, hogy "értékes hozzájárulást" nyújthat, amint jobb megfigyelési adatok állnak rendelkezésre, de a szakértők között széles körű egyetértés volt abban, hogy a tanulmány proxy adatai "elégtelenek"; egy szakértő szerint az előrejelzésnek "agyaglábai vannak." Néhány szakértő szerint a tanulmány öt hajó felméréséből származó régi megfigyelési adatokat használt, amelyeket "már régóta diszkreditáltak", mivel a közvetlen megfigyelésekben 2004 óta nem látható jelentős gyengülés, "beleértve az általuk idézett hivatkozást is".
Jelentősebb felülvizsgálati tanulmányok
A nagy áttekintő tanulmányok és jelentések képesek értékelni a modellek eredményeit, a közvetlen megfigyeléseket és a történelmi rekonstrukciókat, hogy szakértői ítéleteket hozzanak, amelyek túlmutatnak azon, amit a modellek önmagukban mutatnak. 2001 körül az IPCC harmadik értékelő jelentése nagy valószínűséggel azt vetítette előre, hogy az AMOC termohalin cirkulációja inkább gyengülni fog, mint megállni, és hogy a felmelegedési hatások meghaladják a lehűlést, még Európa felett is. 2014-ben, amikor az IPCC ötödik értékelő jelentése megjelent, az AMOC gyors átalakulását "nagyon valószínűtlennek" tartották, és ezt az értékelést nagy valószínűséggel kínálták.
2021-ben az IPCC hatodik értékelő jelentése ismét azt mondta, hogy az AMOC "nagyon valószínű", hogy a 21. századon belül csökken, és hogy "nagy valószínűséggel" a változások évszázadokon belül visszafordíthatók lennének, ha a felmelegedés megfordulna. Az ötödik értékelő jelentéssel ellentétben a jelentés csak "közepes mértékben", nem pedig "nagymértékben" bízik abban, hogy az AMOC a 21. század vége előtt elkerülheti az összeomlást. A bizalomnak ezt a csökkenését valószínűleg befolyásolta több olyan áttekintő tanulmány, amely felhívja a figyelmet az általános cirkulációs modelleken belüli cirkulációs stabilitási torzításra, valamint olyan egyszerűsített óceánmodellezési tanulmányok, amelyek szerint az AMOC érzékenyebb lehet a hirtelen változásokra, mint azt a nagyobb léptékű modellek sugallják.
2022-ben az összes lehetséges éghajlati fordulópont átfogó értékelése 16 valószínűsíthető éghajlati fordulópontot azonosított, köztük az AMOC összeomlását. A jelentés szerint az összeomlás legvalószínűbben 4 °C-os globális felmelegedésnél következne be, de elég nagy a bizonytalanság ahhoz, hogy 1,4 °C és 8 °C közötti felmelegedésnél is bekövetkezhet. Az értékelés becslése szerint az AMOC összeomlása 15 és 300 év között következne be, de a legvalószínűbb, hogy 50 év múlva. Az értékelés az északi szubpoláris gyűrű összeomlását is külön billenőpontként kezelte, amely 1,1 °C és 3,8 °C között alakulhat ki, bár ezt csak az éghajlati modellek egy része szimulálja. A legvalószínűbb billenési pont 1,8 °C (3,2 °F), és ha ez bekövetkezik, a giroszkóp összeomlása 5 és 50 év között következne be, de a legvalószínűbb, hogy 10 év múlva. A konvekció megszűnése a becslések szerint 0,5 °C-kal csökkentené a globális hőmérsékletet, míg Európában az átlaghőmérséklet körülbelül 3 °C-kal csökkenne. A regionális csapadékmennyiségre is jelentős hatással lenne.
Az AMOC lassulásának hatásai
2024-ig nincs egyetértés abban, hogy az AMOC-cirkuláció következetes lassulása bekövetkezett-e, de az éghajlatváltozás folytatódása esetén aligha kétséges, hogy bekövetkezik. Az IPCC szerint az AMOC jövőbeli csökkenésének legvalószínűbb hatásai a csapadék csökkenése a középső szélességi területeken, az erős csapadék megváltozott mintázata a trópusokon és Európában, valamint az észak-atlanti pályát követő viharok erősödése. 2020-ban a kutatások szerint az AMOC gyengülése lelassítja a sarkvidéki tengeri jég csökkenését, és a fiatalabb szárazság idején valószínűleg bekövetkezetthez hasonló légköri tendenciákat eredményez, például az intertrópusi konvergenciazóna délre tolódását. A csapadék változásai a magas kibocsátású forgatókönyvek szerint sokkal nagyobbak lennének.
Az AMOC csökkenését a tengerszint emelkedésének felgyorsulása kísérné az USA keleti partvidékén; legalább egy ilyen eseményt összefüggésbe hoztak az AMOC átmeneti lassulásával. Ezt a hatást a part menti vizek fokozott felmelegedése és hőtágulása okozná, amelyek kevesebb hőt adnának át Európa felé; ez az egyik oka annak, hogy a tengerszint emelkedése az USA keleti partvidékén a becslések szerint három-négyszer nagyobb, mint a globális átlag.
Egyes tudósok úgy vélik, hogy az AMOC részleges lassulása Európában korlátozott, körülbelül 1 °C-os lehűlést eredményezne. Más régiók másképp érintettek lennének; 2022-es kutatások szerint a 20. századi téli időjárási szélsőségek Szibériában enyhébbek voltak, amikor az AMOC gyengült. Egy értékelés szerint az AMOC lassulása egyike azon kevés éghajlati fordulópontnak, amely valószínűleg -1-gyel csökkentené a szén-dioxid társadalmi költségét, az éghajlatváltozás gazdasági hatásainak általános mértékét. 4%-kal csökkentené, ahelyett, hogy növelné azt, mivel Európa a globális GDP nagyobb hányadát képviseli, mint azok a régiók, amelyeket a lassulás negatívan érintene. E tanulmány módszereiről azt mondták, hogy általában alulbecsülik az éghajlati hatásokat. Egyes kutatások szerint az AMOC lassulásának domináns hatása az óceáni hőfelvétel csökkenése lenne, ami a globális felmelegedés növekedéséhez vezetne, de ez kisebbségi vélemény.
Egy 2021-es tanulmány szerint más jól ismert billenési pontok, például a grönlandi jégtakaró, a nyugat-antarktiszi jégtakaró és az amazóniai esőerdő mind az AMOC-hoz kapcsolódnak. E tanulmány szerint az AMOC változása önmagában nem valószínű, hogy máshol billenést váltana ki, de az AMOC lassulása kapcsolatot teremtene ezen elemek között, és csökkentené azt a globális felmelegedési küszöbértéket, amelyen túl e négy elem bármelyike - beleértve magát az AMOC-ot is - várhatóan felborulna, nem pedig azokat a küszöbértékeket, amelyeket ezen elemek külön-külön történő vizsgálatából állapítottak meg. Ez a kapcsolat több évszázadon át tartó kaszkádszerű billenést okozhat.
Az AMOC leállásának hatásai
Lehűlés
Az AMOC teljes összeomlása nagyrészt visszafordíthatatlan lenne, és a helyreállás valószínűleg több ezer évet venne igénybe. Az AMOC leállása várhatóan jelentős lehűlést okozna Európában, különösen Nagy-Britanniában és Írországban, Franciaországban és a skandináv országokban. 2002-ben egy kutatás az AMOC leállását a Dansgaard-Oeschger eseményekkel - az utolsó jégkorszak alatt bekövetkezett hirtelen hőmérsékletváltozásokkal - hasonlította össze. Eszerint Európában akár 8 °C-os (14 °F) helyi lehűlés következne be. 2022-ben a fordulópontokról szóló átfogó felülvizsgálat arra a következtetésre jutott, hogy az AMOC összeomlása körülbelül 0,5 °C-kal (0,90 °F) csökkentené a globális hőmérsékletet, míg Európában a regionális hőmérsékletek 4 °C (7.2 °F) és 10 °C (18 °F) között. Egy 2020-as tanulmány felmérte az AMOC összeomlásának hatásait a nagy-britanniai mezőgazdaságra és élelmiszertermelésre. 3,4 °C (6,1 °F) átlagos hőmérsékletcsökkenést állapított meg, miután a felmelegedés hatását kivonták az összeomlás okozta lehűlésből. Az AMOC összeomlása a vegetációs időszakban körülbelül 123 mm-rel (4,8 in) csökkentené a csapadékmennyiséget, ami viszont 32%-ról 7%-ra csökkentené a szántóföldi művelésre alkalmas földterületet. A brit mezőgazdaság nettó értéke évente mintegy 346 millió fonttal csökkenne, ami 2020-ban az értékének több mint 10%-át jelentené.
Az egyik modellező tanulmány 2024-ben egy évszázadon belül 10 °C és 30 °C közötti, szárazföldön akár 10 °C-os, a tengeren pedig akár 18 °C-os lehűlést jelzett előre Európában. Ez a változás azt eredményezné, hogy a tengeri jég télen elérné a Brit-szigetek és Dánia felségvizeit, miközben az antarktiszi tengeri jég csökkenne. Skandinávia és Nagy-Britannia egyes részei végül elég hidegek lennének ahhoz, hogy jégtakarókat tartsanak fenn. Ezek a megállapítások nem tartalmazzák az éghajlatváltozásból eredő ellenhatású felmelegedést, és a tanulmány által használt modellezési megközelítés ellentmondásos.
2015-ben egy James Hansen által vezetett tanulmány szerint az AMOC leállása vagy jelentős lassulása fokozza a súlyos időjárást, mivel növeli a baroklinicitást és akár 10-20%-kal gyorsítja az északkeleti szeleket az egész középső szélességi troposzférában. Ez felerősítheti a téli és télközeli ciklonális "szuperviharokat", amelyek közel orkán erejű széllel és intenzív havazással járnak. Ez a tanulmány is ellentmondásos volt.
Egyéb
Számos tanulmány vizsgálta az AMOC összeomlásának hatását az El Niño-Déli Oszcillációra (ENSO); az eredmények az általános hatás hiányától az ENSO erősségének növekedéséig és a domináns La Niña körülményekre való áttérésig terjedtek, ami az El Niño szélsőségek mintegy 95%-os csökkenésével, de gyakoribb szélsőséges esőzésekkel Kelet-Ausztráliában, valamint a délnyugat-ausztráliai szárazságok és erdőtüzek erősödésével járt.
Egy 2021-es tanulmány egyszerűsített modellezési megközelítéssel értékelte az AMOC-összeomlás hatásait az amazóniai esőerdőre, valamint annak feltételezett kipusztulását és szavannává válását egyes klímaváltozási forgatókönyvek esetén. Ez a tanulmány megállapította, hogy az AMOC összeomlása az intertrópusi konvergenciazóna eltolódása miatt növelné a csapadékmennyiséget az Amazonas déli részén, és ez segítene ellensúlyozni a kipusztulást, és potenciálisan stabilizálná az esőerdő déli részét. Egy 2024-es tanulmány megállapította, hogy az Amazonas szezonális ciklusa megfordulhat, a száraz évszakok csapadékossá válhatnak és fordítva.
Egy 2005-ös tanulmány szerint az AMOC súlyos megszakadása az észak-atlanti planktonok számát a normális biomassza kevesebb mint felére csökkentené a megnövekedett rétegződés és az óceáni rétegek közötti tápanyagcsere nagymértékű csökkenése miatt. Egy 2015-ös tanulmány szimulálta a globális óceáni változásokat az AMOC lassulásának és összeomlásának forgatókönyvei szerint, és megállapította, hogy ezek az események jelentősen csökkentenék az oldott oxigén tartalmát az Észak-Atlanti-óceánban, bár az oldott oxigén globálisan kissé növekedne, mivel más óceánokban nagyobb növekedés következne be.
https://en.wikipedia.org/wiki/Atlantic_meridional_overturning_circulation