Οι ωκεανοί του πλανήτη μας κρύβουν μυστικά που καθορίζουν τη ζωή μας, με τα τεράστια υποθαλάσσια ρεύματα να λειτουργούν ως ο παγκόσμιος ρυθμιστής του κλίματος. Για δεκαετίες, η επιστήμη θεωρούσε ότι είχε αποκρυπτογραφήσει τον τρόπο που λειτουργούν αυτές οι υδάτινες «λεωφόροι».
Ωστόσο, μια νέα ανακάλυψη έρχεται να ανατρέψει τα μέχρι τώρα δεδομένα, αποδεικνύοντας ότι η φύση μπορεί ακόμα να μας εκπλήσσει.
Οι επιστήμονες πίστευαν ότι γνώριζαν τι βοηθούσε στη διατήρηση της λειτουργίας του τεράστιου συστήματος κυκλοφορίας του Ατλαντικού, αλλά στοιχεία από εκατομμύρια χρόνια πριν αποκάλυψαν μια απρόσμενη εξαίρεση.
Ιζήματα που εναποτέθηκαν στον πυθμένα της θάλασσας εκατομμύρια χρόνια πριν, αποκαλύπτουν ένα απροσδόκητο επεισόδιο στην κλιματική ιστορία της Γης.
Καθώς η ροή των θερμών και αλμυρών υδάτων του Ινδικού Ωκεανού γύρω από τη Νότια Αφρική εξασθένησε δραματικά, ένα βασικό τμήμα της Μεσημβρινής Ανατρεπόμενης Κυκλοφορίας του Ατλαντικού (AMOC) δεν εξασθένησε μαζί της. Αντίθετα, ο σχηματισμός βαθιών υδάτων στον Βόρειο Ατλαντικό εντάθηκε.
Το εύρημα αυτό αμφισβητεί μια μακροχρόνια ερμηνεία για τον τρόπο με τον οποίο διατηρείται η AMOC και υποδηλώνει ότι οι δυνάμεις που ελέγχουν αυτή την τεράστια ωκεάνια κυκλοφορία μπορούν να μεταβληθούν καθώς αλλάζουν το κλίμα και η γεωγραφία της Γης.
Το φαινόμενο Agulhas
Η AMOC είναι ένα τεράστιο σύστημα ρευμάτων που μεταφέρει θερμά επιφανειακά ύδατα προς τα βόρεια μέσω του Ατλαντικού, ενώ επιστρέφει ψυχρότερα και πυκνότερα ύδατα προς τα νότια, στα βάθη του ωκεανού.
Με αυτόν τον τρόπο, αναδιανέμει τη θερμότητα και επηρεάζει έντονα το κλίμα γύρω από τον Βόρειο Ατλαντικό και την Ευρώπη.
Ένα κομμάτι αυτού του συστήματος προσελκύει εδώ και καιρό ιδιαίτερη προσοχή: η Διαρροή Agulhas (Agulhas Leakage).
Κοντά στο νότιο άκρο της Αφρικής, ένα μέρος των θερμών και αλμυρών υδάτων από τον Ινδικό Ωκεανό διαφεύγει στον Ατλαντικό αντί να συνεχίσει ανατολικά.
Οι επιστήμονες υποστηρίζουν εδώ και δεκαετίες ότι αυτή η εισροή αλατιού βοηθά να γίνουν τα ύδατα του Βόρειου Ατλαντικού αρκετά πυκνά ώστε να βυθιστούν, υποστηρίζοντας τον σχηματισμό των Βαθιών Υδάτων του Βόρειου Ατλαντικού και βοηθώντας στη διατήρηση της AMOC.
Αυτή η εξήγηση είναι αυτονόητη επειδή η αλατότητα επηρεάζει την πυκνότητα του θαλασσινού νερού. Με όλα τα άλλα στοιχεία σταθερά, το πιο αλμυρό νερό είναι πιο πυκνό και επομένως πιο πιθανό να βυθιστεί.
Το αρχαίο παρελθόν της Γης καταρρίπτει μια παλιά θεωρία
Όμως, το παρελθόν της Γης φαίνεται να προσφέρει μια σημαντική εξαίρεση.
«Αυτή ήταν ουσιαστικά η πρώτη θεωρία που έμαθα ως φοιτητής στο πανεπιστήμιο. Ήταν έκπληξη να βρούμε γεωλογικά στοιχεία που δείχνουν ότι δεν ισχύει καθολικά. Η AMOC μπορεί να παραμένει ισχυρή ακόμη και όταν η Διαρροή του Αγκούλας εξασθενεί», εξηγεί ο επικεφαλής συγγραφέας της μελέτης, Δρ. Σούνινγκ Χου από το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης.
Ο Χου και μια διεθνής ερευνητική ομάδα εξέτασαν την Ύστερη Πλειόκαινο εποχή, μεταξύ 3,6 και 2,6 εκατομμυρίων ετών πριν.
Η περίοδος αυτή είναι ιδιαίτερα χρήσιμη επειδή περιλάμβανε ένα έντονο παγετωνικό επεισόδιο, το οποίο ακολούθησε η Θερμή Περίοδος του Μέσου Πιατσέντζιου, όταν οι παγκόσμιες κλιματικές συνθήκες ήταν θερμότερες από τις σημερινές.
Η μετάβαση προσέφερε ουσιαστικά στους ερευνητές ένα φυσικό πείραμα για να διερευνήσουν πώς συμπεριφέρονταν τα μεγάλα ωκεάνια ρεύματα καθώς άλλαζαν οι κλιματικές συνθήκες.
Τα μυστικά του βυθού
Τα στοιχεία τους προήλθαν εν μέρει από τη Θέση U1475 του Διεθνούς Προγράμματος Ωκεάνιας Εξερεύνησης (International Ocean Discovery Program) στο Οροπέδιο Agulhas, περίπου 500 χιλιόμετρα νότια της Νότιας Αφρικής.
Η τοποθεσία αυτή περιλαμβάνει ένα εκτενές αρχείο ιζημάτων που εναποτέθηκαν κοντά σε μια σημαντική πύλη μεταξύ του Ινδικού και του Ατλαντικού Ωκεανού.
Οι γεωτρήσεις στο σημείο αυτό έφεραν στο φως ιζήματα που καλύπτουν εκατομμύρια χρόνια ωκεάνιας ιστορίας.
Αντί να μετρήσουν άμεσα ρεύματα που εξαφανίστηκαν πριν από εκατομμύρια χρόνια, οι ερευνητές τα ανασυνέθεσαν μέσα από ίχνη που διατηρήθηκαν σε αυτά τα ιζήματα. Ανάμεσα στα πιο χρήσιμα στοιχεία ήταν οι δινόκυστοι (dinocysts), μικροσκοπικά απολιθώματα που παράγονται από ορισμένα είδη πλαγκτού.
Καθώς τα διαφορετικά είδη προτιμούν διαφορετικές συνθήκες νερού, οι αλλαγές στο μείγμα των απολιθωμάτων μπορούν να αποκαλύψουν μετατοπίσεις στη θερμοκρασία του ωκεανού και στη θέση των μεγάλων υδάτινων συνόρων.
Η ομάδα ανέλυσε επίσης οργανικούς λιπιδικούς βιοδείκτες, οι οποίοι διατηρούν πρόσθετες πληροφορίες για τις θερμοκρασίες του παρελθόντος.
Σε κίνηση ο Νότιος Ωκεανός
Μαζί, αυτοί οι δείκτες επέτρεψαν στους ερευνητές να εντοπίσουν τις μετακινήσεις του υποτροπικού μετώπου του Νοτίου Ωκεανού, ενός σημαντικού ωκεάνιου συνόρου του οποίου η θέση βοηθά στον έλεγχο του πόσο εύκολα το νερό του Ινδικού Ωκεανού μπορεί να διαφύγει γύρω από τη Νότια Αφρική και να εισέλθει στον Ατλαντικό.
Χου: «Αν εντοπίσετε μια αλλαγή στο σύνολο των δινοκύστεων μέσα στο ίζημα, αυτό σημαίνει ότι το μέτωπο μετατοπίστηκε. Για παράδειγμα, αν βρείτε περισσότερα είδη που προτιμούν θερμότερα ύδατα και λιγότερα από εκείνα των ψυχρότερων, το μέτωπο έχει μετακινηθεί προς τα νότια. Ένα πιο νότιο μέτωπο γενικά ανοίγει ένα ευρύτερο πέρασμα για τη διαρροή των υδάτων του Ινδικού Ωκεανού προς τον Ατλαντικό, και το αντίστροφο».
Η ανασύνθεση που προέκυψε έδειξε πώς άλλαξε η πιθανή ισχύς της Διαρροής Agulhas κατά την Ύστερη Πλειόκαινο εποχή.
Όταν έκλεισε η «στρόφιγγα» των ωκεανών
Ξεκινώντας πριν από περίπου 3,4 εκατομμύρια χρόνια, το υποτροπικό μέτωπο μετατοπίστηκε προς τα βόρεια καθώς αναπτύσσονταν παγετωνικές συνθήκες. Η περιοχή Agulhas ψύχθηκε κατά περίπου 3 βαθμούς Κελσίου (5,4 βαθμούς Φαρενάιτ) και η Θέση U1475 βίωσε υποπολικές συνθήκες.
Αυτές οι αλλαγές υποδεικνύουν μια σημαντική μείωση στη Διαρροή Agulhas.
Στην πιο αδύναμη φάση της, η ροή ενδέχεται να έφτασε κοντά στο να σταματήσει εντελώς. Σύμφωνα με τη συμβατική ερμηνεία, αυτό θα έπρεπε να είχε στερήσει από τον Ατλαντικό μια σημαντική πηγή αλατιού και να είχε εξασθενήσει την AMOC.
Αλλά δεν ήταν αυτό που ανακάλυψαν οι ερευνητές.
Για να δουν τι συνέβαινε αλλού στον Ατλαντικό, αναπαρέστησαν τις θερμοκρασίες στη Θέση 625 του Προγράμματος Ωκεάνιας Γεώτρησης (Ocean Drilling Program) στον βόρειο Κόλπο του Μεξικού και τις συνέκριναν με προηγουμένως δημοσιευμένα αρχεία από την Καραϊβική Θάλασσα, τον ισημερινό Ατλαντικό και τον Βόρειο Ατλαντικό.
Δοκίμασαν επίσης την εικόνα που προέκυπτε χρησιμοποιώντας αριθμητικές κλιματικές προσομοιώσεις. Τα συνδυασμένα στοιχεία έδειξαν μια μεγάλης κλίμακας αναδιάταξη του Ατλαντικού.
Αν και το Ρεύμα του Βόρειου Ατλαντικού δεν εκτεινόταν τόσο πολύ στα υψηλά βόρεια γεωγραφικά πλάτη κατά τη διάρκεια της παγετωνικής περιόδου, ο σχηματισμός των Βαθιών Υδάτων του Βόρειου Ατλαντικού ενισχύθηκε.
Η ανατροπή των υδάτων σε χαμηλότερα γεωγραφικά πλάτη εντάθηκε επίσης, ενώ το θερμοκλινές -το όριο που διαχωρίζει το θερμότερο επιφανειακό νερό από το ψυχρότερο, βαθύτερο νερό- έγινε πιο ρηχό στο μεγαλύτερο μέρος του Ατλαντικού.
«Βραχυκύκλωμα» στον Ατλαντικό
Μια από τους συγγραφείς της μελέτης, η Καρολάιν φαν ντερ Βάιστ, πρώην διδακτορική φοιτήτρια στο Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης, είχε παρατηρήσει για πρώτη φορά μέρος αυτού του ασυνήθιστου μοτίβου χρόνια νωρίτερα σε ένα μεμονωμένο αρχείο ιζημάτων.
Από μόνη της, ωστόσο, η ένδειξη αυτή ήταν δύσκολο να ερμηνευτεί.
«Όταν ανακαλύφθηκε το ίδιο μοτίβο στο Υψίπεδο Agulhas, συνειδητοποιήσαμε ότι βρισκόμασταν μπροστά σε μια αναδιοργάνωση του ωκεάνιου θερμοκλινούς σε επίπεδο λεκάνης και όχι σε μια τοπική ανωμαλία. Στη συνέχεια το επιβεβαιώσαμε με προσομοιώσεις κλιματικών μοντέλων», αναφέρει η καθηγήτρια Φρανσίν Πέτερσε από το Πανεπιστήμιο της Ουτρέχτης.
«Ξαφνικά, ολόκληρη η εικόνα έβγαζε νόημα».
Το μυστήριο λύθηκε
Η πλήρης μελέτη διαπίστωσε ότι η μεταφορά αλατιού από το ρεύμα Agulhas μειώθηκε από περίπου 3,6 έως 3,3 εκατομμύρια χρόνια πριν, ακόμη και όταν η AMOC εντάθηκε, οδηγώντας τους ερευνητές στο συμπέρασμα ότι η συνήθης αιτιώδης σχέση μεταξύ των δύο είχε ουσιαστικά αποσυνδεθεί κατά τη διάρκεια αυτής της περιόδου.
Σήμερα, η ανταλλαγή υδάτων γύρω από τη νότια Αφρική αποτελεί μέρος μιας σημαντικής σύνδεσης μεταξύ του Ινδικού και του Ατλαντικού Ωκεανού, και προηγούμενες έρευνες έχουν συνδέσει τις αλλαγές σε αυτή τη διαδρομή με την κυκλοφορία του Ατλαντικού.
Η «γέφυρα» των δύο ωκεανών και το σύγχρονο στοίχημα της επιστήμης
Η ίδια η Θέση U1475 επιλέχθηκε εν μέρει για να διερευνηθούν πιθανές αλληλεπιδράσεις (feedbacks) μεταξύ της Διαρροής Agulhas και της AMOC.
Οι επιστήμονες διερευνούν πώς η υπερθέρμανση και η αυξανόμενη εισροή γλυκού νερού στον Βόρειο Ατλαντικό θα μπορούσαν να μεταβάλουν την ισχύ του, καθώς μια σημαντική εξασθένηση ή κατάρρευση θα είχε εκτεταμένες συνέπειες για το περιφερειακό κλίμα.
Οι ερευνητές τονίζουν ότι η ωκεάνια γεωγραφία, οι εισροές γλυκού νερού από την Αρκτική και άλλες οριακές συνθήκες κατά την Ύστερη Πλειόκαινο εποχή διέφεραν από εκείνες του σύγχρονου κόσμου.
Αυτές οι διαφορές είναι σημαντικές όταν εξετάζεται ο τρόπος με τον οποίο τα ευρήματα θα μπορούσαν να εφαρμοστούν σήμερα.
Μια μελλοντική μετατόπιση του υποτροπικού μετώπου προς τα νότια θα μπορούσε να αυξήσει τη ροή των αλμυρών υδάτων του Ινδικού Ωκεανού προς τον Ατλαντικό, όμως η AMOC επηρεάζεται επίσης από τις σύγχρονες εισροές γλυκού νερού και αλατιού από την Αρκτική, οι οποίες διαφέρουν από εκείνες της περιόδου που μελετήθηκε.
Αυτή η έρευνα ήταν μέρος ενός μεγαλύτερου ερευνητικού έργου με την ονομασία «OCEAN ICE», το οποίο χρηματοδοτήθηκε από το Ευρωπαϊκό Συμβούλιο Έρευνας.