Zmiana cyrkulacji termohalinowej

Przymiotnik termohalinowy pochodzi od greckich członów termo-, odnoszącego się do temperatury, i -halin, odnoszącego się do zawartości soli – czynników, które wspólnie określają gęstość wody morskiej.

Ta globalna cyrkulacja oceanu jest związana z wymianą energii pomiędzy tropikami i obszarami okołobiegunowymi. Małe zmiany właściwości cyrkulacji termohalinowej mogą powodować duże zmiany klimatu ze względu na dużą pojemność cieplną oceanu. Skale czasowe tych zmian są zróżnicowane (oscylacja północnoatlantycka, oscylacja południowa, El Niño, La Niña), osiągają rząd tysiąca lat.

Wody cyrkulacji termohalinowej charakteryzuje się na podstawie ich zasolenia, temperatury, ilości tlenu i innych czynników. Mają one bardzo dobrze określone właściwości fizykochemiczne.

Oceany

Ocean (łac. Oceanus, stgr. Ὠκεανός Okeanos – u starożytnych Greków i Rzymian mityczna rzeka oblewająca cały świat, także nazwa jej boga) to wielka część hydrosfery ziemskiej, stanowiąca rozległy obszar słonej wody. Wody słone pokrywają w sumie blisko 3/4 (70,8%) Ziemi. Powierzchnia oceanów wynosi ok. 361 mln km², a ich łączna objętość ok. 1,3×1018 m³.

Do 2000 roku większość wcześniejszych klasyfikacji wyróżniała trzy oceany: Spokojny, Atlantycki i Indyjski, inne klasyfikacje również jeden ocean lub cztery. Aktualna klasyfikacja Międzynarodowej Organizacji Hydrograficznej, przyjęta także przez polską Komisję Standaryzacji Nazw Geograficznych poza Granicami RP, wyróżnia pięć oceanów:

• jeden ocean: Wszechocean
• trzy oceany: Ocean Spokojny (Pacyfik, Ocean Wielki), Ocean Atlantycki (Atlantyk), Ocean Indyjski
• cztery oceany: Ocean Spokojny (Pacyfik, Ocean Wielki), Ocean Atlantycki (Atlantyk), Ocean Indyjski, Ocean Arktyczny (Morze Arktyczne, Ocean Lodowaty Północny)
• pięć oceanów: Ocean Spokojny, Ocean Atlantycki (Atlantyk), Ocean Indyjski, Ocean Arktyczny (Morze Arktyczne, Ocean Lodowaty Północny), Ocean Południowy

Układy oceaniczne

W skład oceanów (układów oceanicznych) wchodzą także mniejsze obszary wodne, jak: morza, zatoki, kanały, zalewy i cieśniny, które od pełnych wód oceanicznych mogą być oddzielone półwyspami, wyspami bądź archipelagami. Wszystkie te zasoby wodne Ziemi określa się łącznie mianem wszechoceanu.

Zjawiska oceaniczne

Wiatry wiejące nad rozległymi obszarami wodnymi powodują powstawanie na powierzchni oceanu fal. Katastrofalne zjawiska, takie jak podwodne trzęsienia ziemi, wybuchy wulkanów czy rozległe osuwiska wywołują niszczące fale tsunami. Znacznie rzadziej tsunami może powstać na skutek upadku planetoidy, która trafi w powierzchnię oceanu.

Dzięki stale wiejącym wiatrom, takim jak np. pasaty, powstają prądy morskie. Siły przyciągania Księżyca i Słońca wywołują ruchy mas wodnych, które noszą nazwę pływów. Nagłe zmiany ciśnienia atmosferycznego wywołują wahanie lustra wody morza lub zatoki. Zjawisko to nosi nazwę sejszy.

Prądy oceaniczne

Prąd morski to duże i niemal niezmienne ruchy wody w oceanach wywołane przede wszystkim występowaniem wiatrów stałych, oraz różnicami temperatur, bądź zasolenia, a także ruchem obrotowym Ziemi, który modyfikuje ich kierunek. Prądy oceaniczne mają duży wpływ na kształtowanie klimatu niektórych regionów kuli ziemskiej.

Na poszczególnych oceanach tworzą one 5 wielkich kręgów cyrkulacji wody morskiej. W pobliżu brzegów układ prądów modyfikowany jest przez pływy morskie, spływ wód rzecznych i ukształtowanie linii brzegowej.

Średnia prędkość powierzchniowych prądów morskich wynosi około 10 km na dobę, ale niektóre z nich mogą osiągnąć prędkość nawet 100–150 km na dobę. Przepływ mierzony jest w sverdrupach.

Rodzaje prądów morskich

Ze względu na temperaturę wody niesionej prądem morskim w stosunku do otaczających wód oceanu wyróżnia się:

• prądy ciepłe (niosące wodę cieplejszą niż otaczająca) – wpływają na wzrost temperatury powietrza oraz sumy opadów atmosferycznych np. ciepły Prąd Północnoatlantycki, stanowiący przedłużenie Golfsztromu, przyczynia się do ocieplenia klimatu Skandynawii
• prądy zimne (niosące wodę chłodniejszą niż otaczająca)- powodują spadek średniej temperatury powietrza oraz zmniejszenie sumy opadów atmosferycznych np. zimny Prąd Benguelski występujący u południowo-zachodnich wybrzeży Afryki przyczynił się do powstania pustyni Namib

Ze względu na genezę, prądy morskie można podzielić na:

• wiatrowe– powierzchniowy prąd morski, powstały poprzez długotrwałe działanie wiatru. Wywołany jest on pracą sił tarcia, występujących pomiędzy powietrzem a powierzchnią morza (w szczególności napieraniem wiatru na dowietrzne zbocza fal). Jest to zatem wymiana pędu w formie przepływu wody. Skutkiem jego powstawania jest zjawisko upwellingu.
• gęstościowe – wynikające z różnic ciężaru objętościowego wód w różnych miejscach. Bardzo często tworzą się pod powierzchnią wody, rzadziej na jej powierzchni,
• spływowe – powstające wskutek wyrównywania poziomu wód w różnych miejscach. Pośrednią ich przyczyną jest dopływ wód słodkowodnych do mórz i oceanów, a także zwiększone parowanie,
• kompensacyjne – przywracające równowagę hydrostatyczną, naruszoną przez różne siły, np. przez wiatry stałe

Ważniejsze prądy morskie:

• Ocean Atlantycki: Antylski, Benguelski, Brazylijski, Falklandzki,  Florydzki, Gujański, Gwinejski, Irmingera, Kanaryjski, Karaibski, Labradorski, Łomonosowa, Malstrom, Norweski, Południoworównikowy, Północnoatlantycki, Północnorównikowy, Wiatrów Zachodnich, Wschodniogrenlandzki, Zachodniogrenlandzki, Zatokowy (Golfsztrom)
• Ocean Indyjski – Agulhas, Madagaskarski, Monsunowy, Mozambicki, Południoworównikowy, Równikowy Prąd Wsteczny, Somalijski, Wiatrów Zachodnich, Zachodnioaustralijski
• Ocean Spokojny – Alaskański, Aleucki, Cromwella, Kalifornijski, Kuro Siwo, Oja Siwo (Kurylski), Peruwiański, Południoworównikowy, Północnorównikowy, Równikowy Prąd Wsteczny, Wiatrów Zachodnich, Wschodnioaustralijski

Zachodnia intensyfikacja prądów morskich

Zachodnia intensyfikacja prądów morskich to zjawisko przejawiające się wzmocnieniem zachodnich ramion prądów oceanicznych w ramach cyrkulacji oceanicznej. Prądy płynące wzdłuż wybrzeży po zachodniej stronie oceanów są znacznie silniejsze, głębsze i przechodzą przez węższe przekroje poprzeczne niż prądy występujące u wschodnich brzegów.

Zachodnia intensyfikacja prądów jest związana z:

• wzrostem siły Coriolisa wraz z szerokością geograficzną
• zmieniającą się siłą i kierunkiem wiatrów (pasatów, wiatrów zachodnich i wiatrów umiarkowanych szerokości) wraz z szerokością geograficzną
• tarciem pomiędzy lądami a masami wód transportowanymi w prądach oceanicznych

Stałe wiatry wiejące w strefie międzyzwrotnikowej napędzają masy wód oceanicznych, odchylane przez siłę Coriolisa, na obydwu półkulach w kierunku równika. Czynniki te powodują spychanie prądów w kierunku zachodniego brzegu oceanów, gdzie woda przemieszcza się z niższych w kierunku wyższych szerokości geograficznych. Powoduje to kompresję mas wód u wybrzeży i wzrost szybkości prądu, skierowanego w kierunku bieguna, tak aby zachowana została równowaga w ramach całkowitej cyrkulacji oceanicznej i wymiany wód pomiędzy wschodnimi i zachodnimi krańcami systemu cyrkulacji. Po wschodniej stronie systemu cyrkulacji, gdzie prądy przemieszczają się z wyższych do niższych szerokości geograficznych, ulegają one poszerzeniu i spłyceniu, prędkość wody maleje, ale całkowita objętość transportowanej wody pozostaje taka sama jak po zachodniej stronie danego systemu cyrkulacji, by zachować równowagę w wymianie wód.

Zjawisko jest zaburzone w południowych akwenach Pacyfiku i Atlantyku, gdzie układ kontynentów powoduje odchylenie przebiegu części mas wody Dryfu Wiatrów Zachodnich, prowadzące do wzmocnienia prądów morskich po wschodniej stronie oceanów (Prądu Humboldta i Prądu Agulhas), podobnie przepływ wód z Pacyfiku do Oceanu Indyjskiego pomiędzy wyspami Indonezji osłabia prądy po zachodniej stronie Pacyfiku.

Globalny pas transmisyjny

Cyrkulacja powierzchniowa wywoływana przez wiatr ma składową północną po zachodniej stronie oceanów. Na przykład Prąd Zatokowy (Golfsztrom) płynie od okolic równika do północnego Atlantyku, gdzie w okolicach Labradoru i Grenlandii oziębia się i opada tworząc północnoatlantyckie wody głębinowe (North Atlantic Deep Water, NADW). Potem ten prąd płynie blisko dna oceanu (prądy głębinowe, prądy przydenne) na południe i pojawia się po kilkuset latach w północno-wschodnim Pacyfiku. Zachodzi tu intensywny upwelling, a następnie silnie ogrzane wody powierzchniowe kierują się na zachód (Prąd Północnorównikowy, Prąd Południoworównikowy).

Cyrkulacja termohalinowa / @ Wikipedia / Public domain

Downwelling (prąd zstępujący)
to zjawisko konwergencji termohalinowej, polega na opadaniu powierzchniowych warstw wód oceanicznych ku głębinom, wywołany jest zaś niestabilnością mas wodnych, różniących się pod względem temperatury i zasolenia. Ogólnie rzecz biorąc ciepłe wody oceaniczne z niższych szerokości geograficznych przemieszczane są ku wyższym szerokościom, w międzyczasie oddając znaczną część swego ciepła ochładzają się, zwiększają swą gęstość, co w konsekwencji prowadzi do ich opadania. Tak powstałe masy przemieszczają się jako prądy głębinowe z powrotem w stronę równika i docierając do szelfu oceanicznego, powoli, bo z prędkością zaledwie kilkunastu centymetrów dziennie, podnoszą się ku powierzchni tzw. upwelling.

Prąd powierzchniowy
to prąd morski płynący przy powierzchni wody. Jest on bezpośrednio związany z ruchem wiatru, który dzięki sile tarcia przesuwa masy wody. Przykładem może być prąd Zatokowy na Atlantyku, którego przepływ powodują antypasaty. Osiąga prędkość przepływu do 2 m/s i słabnie zmierzając ku północnemu wschodowi. Prądem powierzchniowym, który otacza cały glob, jest Prąd Wiatrów Zachodnich opływający Antarktydę.

Prąd głębinowy
to prąd morski występujący głęboko pod powierzchnią wody, często oddzielony od niej innymi prądami morskimi (powierzchniowymi i podpowierzchniowymi). Wiatr nie ma bezpośredniego wpływu na prądy głębinowe. Powstają one w wyniku różnic gęstości, związanych z temperaturą i zasoleniem wody morskiej (prądy gęstościowe), lub wyrównują różnice spowodowane przemieszczaniem mas wody przez inne prądy, także powierzchniowe (prądy kompensacyjne). Układ prądów gęstościowych na Ziemi tworzy cyrkulację termohalinową. Cyrkulacja głębinowa jest znacznie wolniejsza od powierzchniowej i od tempa downwellingu. Prądy głębinowe płyną między innymi pod wodami niesionymi przez Prąd Zatokowy i Prąd Brazylijski, na południe Atlantyku. Wzdłuż zachodnich wybrzeży kontynentów wody głębinowe napływają na miejsce powierzchniowych – następuje upwelling; ma to miejsce m.in. u wybrzeży Kalifornii, Peru i Chile.

Prąd przydenny
to prąd morski występujący tuż przy dnie oceanu. Prądy przydenne rozprowadzają wody o wysokiej gęstości, która może być związana z ich niską temperaturą lub dużym zasoleniem. Takie prądy transportują przykładowo zimne wody antarktyczne ku północy, bądź północnoatlantyckie wody głębinowe, które tworzy downwelling u wybrzeży Grenlandii i w Morzu Norweskim, w kierunku południowym.

Upwelling
to zjawisko podnoszenia się oceanicznych wód głębinowych, zwykle z głębokości poniżej termokliny, na powierzchnię. Wyróżniamy upwelling przybrzeżny i upwelling równikowy. Upwelling przybrzeżny występuje w strefie przybrzeżnej i jest generowany przede wszystkim przez wiatry wiejące wzdłuż brzegu, które powodują odpływanie od brzegu wody powierzchniowej i zastępowanie jej wodami z niższych warstw. Zjawisko upwellingu przybrzeżnego występuje głównie wzdłuż zachodnich wybrzeży kontynentów obu półkul i jest spowodowane wiatrami wiejącymi w kierunku równika. Upwelling równikowy zachodzi w strefie równikowej i jest wynikiem rozbieżnie wiejących pasatów (występuje pomiędzy Prądem Północnorównikowym a Prądem Południoworównikowym).
Upwellingi są obserwowane we wszystkich morzach i oceanach. Duże upwellingi oceaniczne występują zwłaszcza u wybrzeży Peru i Chile, co jest związane z zimnym Prądem Peruwiańskim. Zimne, bogate w składniki pokarmowe wody głębinowe sprawiają, że wody na powierzchni oceanu odznaczają się najczęściej bardzo dużą produktywnością biologiczną – upwellingi sprzyjają rozwojowi drobnych organizmów wodnych. Poniżej upwellingów szybko gromadzą się osady denne. Upwellingi występują m.in. przy zachodnim wybrzeżu Ameryki Południowej, przy wybrzeżach Wysp Zielonego Przylądka, Wysp Kanaryjskich, a także południowo-zachodnich wybrzeżach Afryki.

Północnoatlantyckie wody głębinowe (North Atlantic Deep Water, NADW)

Północnoatlantyckie wody głębinowe to występująca w Oceanie Atlantyckim masa wody o dużej gęstości, powstająca po zwiększeniu zasolenia i ochłodzeniu wód Prądu Północnoatlantyckiego i ulegająca w strefie arktycznej downwellingowi (zatapianiu). NADW spływa w dół, tworząc powrotne prądy oceaniczne – głębinowy i przydenny, płynące w kierunku Oceanu Południowego. Downwelling jest jedną z sił napędowych cyrkulacji termohalinowej (globalnego obiegu wód oceanicznych, przenoszących ciepło i sole mineralne). Od jego intensywności zależą warunki meteorologiczne w Europie. Jako element pętli cyrkulacji globalnej wpływa na zmiany klimatu Ziemi.

Współczesny globalny transporter

Ciepło zgromadzone w silnie nasłonecznionej strefie międzyzwrotnikowej dociera na wyższe szerokości geograficzne wraz z masami powietrza (ogrzanego i wilgotnego, ciepło parowania) i z masami powierzchniowych wód oceanicznych. Wielki strumień energii niosą m.in. wody Prądu Zatokowego – ok. 150 mln m³ wody ogrzanej powyżej 25°C. Jest to objętość 250 razy większa niż suma objętości wszystkich rzek wpływających do Atlantyku. Główna część strumienia pochodzi z Oceanu Południowego. Ten wielki oceaniczny transporter ciepła (cyrkulacja termohalinowa), przemieszczający się ze średnią prędkością 3,6 km/h działa w ścisłym związku z procesamiglobalnej cyrkulacji atmosferycznej. Znajduje to wyraz w zjawisku oscylacji północnoatlantyckiej, związanym ze zmianami położenia i głębokości Wyżu Azorskiego i Niżu Islandzkiego.

Najwięcej ciepła jest oddawanego atmosferze w rejonie Grenlandii, Islandii i Wysp Owczych, gdzie prąd powierzchniowy natrafia na podwodną barierę – grzbiet między oceanami. Na tym stosunkowo niewielkim obszarze (powierzchnia zbliżona do powierzchni Bałtyku) woda traci około 25% ciepła oddawanego przez cały Atlantyk. Knut Aagaard, wieloletni badacz Arktyki nazwał te rejony „kominami wentylacyjnymi”.

Ochłodzona woda powierzchniowa zapada się pod arktyczną pokrywę lodową lub warstwę wody powierzchniowej, tworząc atlantycki prąd głębinowy, płynący w kierunku Oceanu Południowego. Część wód wraca do tego oceanu przez Morze Arktyczne, Cieśninę Beringa i Ocean Spokojny.

Downwelling arktyczny jest głównym źródłem głębinowych wód Oceanu Indyjskiego i Pacyfiku. Arktyczna woda pośrednia ma temperaturę ok. 2,5–3,5°C i zasolenie PSU ≅ 34,5. Temperatura wody przydennej jest zmienna w zakresie od ok. 1 °C do 3,5°C, a zasolenie PSU ≅ 35. Jest to wartość większa od PSU wód najbardziej gęstych na Ziemi – spływających do strefy przydennej z lodowca Antarktydy (PSU ≅ 34,6–34,7); ich najwyższa gęstość jest konsekwencją niskiej temperatury, zbliżonej do –2°C (granica zamarzania).

Zatopione ciężkie wody arktyczne (opadające z prędkością kilkudziesięciu centymetrów na sekundę) po przebyciu Atlantyku łączą się z wodami downwellingu wokół Antarktydy – tworzą warstwę między dennymi i pośrednimi wodami antarktycznymi. Razem powoli przemieszczają się między oceanami, przenosząc sole mineralne do odległych obszarów, w których ponownie się wynurzają (upwelling), co sprzyja rozwojowi organizmów wodnych (np. bogate przybrzeżne łowiska Peru). Po powrocie do wód powierzchniowych w strefie międzyzwrotnikowej znów ogrzewają się i transportują ciepło na północ. Cząsteczki wody pochodzącej z NADW powracają do rejonu arktycznego po kilkuset latach.

Zaburzenie cyrkulacji oceanicznej

Rozwijany od lat 80. XX wieku model transportera, opisany po raz pierwszy przez W.S. Broeckera w 1987 roku, stał się jedną z ważnych podstaw dla prognozowania zmian klimatu Ziemi, np. metodą modelowania matematycznego.

Topniejący lądolód Grenlandii i pokrywa lodowa rejonu bieguna północnego są uznawane za źródła słodkiej wody, której dopływ do oceanu powoduje rozcieńczenie wody powierzchniowej, zmniejszając jej gęstość. Zwalnia to lub zatrzymuje downwelling, czyli silnik oceanicznego transportera. Konsekwencją zdarzenia wywołanego ociepleniem może więc być zahamowanie dostawy ciepła, czyli ochłodzenie rejonu Arktyki i Północnej Europy (sprzężenie zwrotne ujemne).

Kolejną kwestią związaną z zaburzeniem cyrkulacji termohalinowej jest niedotlenienie oceanu. W skali milionów lat utrzymanie relatywnie stabilnych koncentracji tlenu w oceanach i atmosferze wymaga, by źródła fosforu były w równowadze z jego pochłanianiem czyli usuwaniem do osadów morskich. Do tej pory głównym źródłem fosforu w wodzie oceanicznej było wietrzenie skał lądowych. Wraz z globalnym ociepleniem następuje jednak intensyfikacja procesów wietrzenia m.in. z powodu przyspieszenia reakcji chemicznych w wyższej temperaturze, oraz zmian cyklu hydrologicznego. Osłabienie oceanicznej cyrkulacji termohalinowej z powodu zmian klimatu może powodować, że więcej fosforu jest transportowane z otwartego oceanu w okolice wybrzeży, które już zmagają się z eutrofizacją w wyniku dopływu nawozów i zanieczyszczeń z rzek (zaburzeniem obiegu azotu i fosfory). Wszystko to oznacza bujniejszy zakwit fitoplanktonu, w tym gatunków toksycznych. Ta ogromna biomasa nie ma szans zostać zjedzoną przez roślinożerców, szczególnie w przełowionych i zanieczyszczonych morzach, a na skutek słabego mieszania wód przebywa dłużej w warstwach podpowierzchniowych. Dodatkowo tempo opadania biomasy na dno maleje wraz z postępującym zakwaszaniem oceanu, które powoduje spadek grubości (ciężaru) skorupek z węglanu wapnia u niektórych gatunków fitoplanktonu. Bakterie z przypowierzchniowych warstw mają więc więcej czasu na rozłożenie materii organicznej, co przyczynia się do odtleniania większych objętości wody. Nasila to już istniejący problem odtleniania głębin, wynikający z zaburzeń w miejscach napowietrzania głębinowych mas wody (okolice biegunów, gdzie woda powierzchniowa opada a głębinowa – wydobywa się na powierzchnię).

Osłabienie cyrkulacji oceanicznej wywołane ogrzewaniem wód morskich wpływa również na trasy przemieszczania się cząstek pokarmowych, oraz na miejsca ich wynoszenia z głębszych warstw oceanu, czego skutkiem jest rozsynchronizowanie się łańcuchów pokarmowych. Wraz z odtlenianiem, zanieczyszczeniem oceanów i przełowieniem spowoduje to zaburzenie funkcjonowania ekosystemów i zaopatrzenia ludzi w żywność.

dodatkowe informacje:
Północnoatlantyckie wody głębinowe

Zasolenie mórz i oceanów

Zasolenie wód jest miarą zawartości soli w wodzie. Jest to łączna masa substancji rozpuszczonych z pominięciem gazów, koloidów, zawiesiny i materii organicznej. Zwykle podawane jest w promilach (‰).

Zasolenie wody morskiej zasadniczo różni się od zasolenia wód śródlądowych występujących w słonych jeziorach, ponieważ woda wszystkich oceanów i mórz otwartych zawiera takie same sole, będące w takim samym stosunku procentowym, a różni się między sobą jedynie stężeniem, czyli stosunkiem ilości wszystkich soli do ilości wody. Natomiast wody śródlądowe mają całkowicie odmienny zestaw rozpuszczonych soli, w których jest mniej chlorków, a więcej węglanów i siarczanów. Ponadto występują duże różnice w składzie i stężeniu soli pomiędzy różnymi zbiornikami. Obecnie panuje pogląd, że oceany zostały zasolone w zamierzchłej przeszłości solami wydobywającymi się z wnętrza ziemi i na przestrzeni dziejów ich zasolenie zmieniało się tylko nieznacznie.

Średnie zasolenie oceanu światowego wynosi około 35‰, co oznacza, że w 1 kg wody znajduje się 35 g soli. Na zasolenie ma wpływ bilans strat i zysków wody w danym akwenie, który zmienia się na skutek parowania, topnienia (w tym topnienia lodowców i lądolodów), napływu wody słodkiej (z lądu), ilości opadów atmosferycznych, topnienia lodów morskich, oraz mieszania się wód.

Temperatura zamarzania wody morskiej jest niższa niż wody słodkiej. Dla typowego zasolenia 35‰ wynosi ona ok. −2 °C.

Konsekwencje zasolenia wód:

• im bardziej zasolona jest woda, tym większy jest jej ciężar właściwy
• woda morska nie nadaje się do spożycia i nawadniania upraw
• woda morska jest bardziej „agresywna” wobec metali – około 50 razy bardziej niż woda słodka.
• Woda morska jest dobrym przewodnikiem prądu elektrycznego
• woda zasolona ma inną zależność gęstości od temperatury niż woda słodka
• woda morska, inaczej niż woda słodka, nie powoduje krasowienia skał wapiennych, stąd jaskinie w nadmorskich skałach są zazwyczaj wynikiem erozji mechanicznej spowodowanej ruchem wody

Ruch obrotowy Ziemi

Ruch wirowy Ziemi to obrót Ziemi wokół własnej osi z zachodu na wschód. Okres między kolejnymi górowaniami Słońca nad danym południkiem nazywamy dobą słoneczną i wynosi 24 godziny. Czas jednego obrotu względem odległych gwiazd wynosi 23 godziny 56 minut i 4,1 sekundy. Okres ten nazywa się dobą gwiazdową. Na równiku prędkość liniowa wywołana obrotem Ziemi wynosi około 1674 km/h, zmniejsza się ona w miarę oddalania się od równika i na biegunach wynosi 0 km/godz.

Ruch obrotowy Ziemi jest przyczyną występowania zjawiska dnia i nocy. Tam gdzie na powierzchnię Ziemi padają promienie słoneczne, panuje dzień, na pozostałym obszarze panuje noc. Prędkość kątowa Ziemi wynosi 361° w ciągu 24 godzin, 15,04° w ciągu 1 godziny i 1° w ciągu 4 minut.

Konsekwencje ruchu obrotowego Ziemi:

• wynikające bezpośrednio z ruchu:
  • dobowy ruch sfery niebieskiej ze wschodu na zachód, czyli pozorny ruch gwiazd po sklepieniu niebieskim
  • zamiana dni i nocy i związana z tym rachuba oraz możliwość pomiaru czasu
  • obrót płaszczyzny wahań wahadła Foucaulta
• wynikające z siły odśrodkowej:
  • spłaszczenie Ziemi na biegunach, które wynosi 0,00335 (czyli różnica długości promienia równikowego i biegunowego to ok. 21 km)
  • zmniejszenie siły ciążenia na równiku
• wynikające z siły Coriolisa:
  • odchylenie kierunku poruszania się ciał (w prawo na półkuli północnej i w lewo na półkuli południowej), obserwowane np. w zmianie kierunku płaszczyzny wahań wahadła Foucaulta
  • odchylenie ciał swobodnie spadających na wschód
  • wirowanie mas powietrza wokół niżów i wyżów barycznych (cyklony i antycyklony) oraz strefy stałych wiatrów (pasat)
• wynikające z obrotu wektorów sił pływowych Księżyca i Słońca:
  • przesunięcie fali wywołanej pływami mórz
  • ruchy skorupy Ziemi

Ruch obrotowy Ziemi nie jest stały, ulega krótkookresowym wahaniom, cyklom rocznym oraz powolnym zmianom, w których przeważa zwalnianie. Zmiany prędkości wirowania Ziemi wynikają ze zmiany jej momentu bezwładności wywołanego przemieszczaniem się w jej objętości dużych mas stałych. Z prawa zachowania momentu pędu wynika, że zmniejszenie momentu bezwładności Ziemi wywołuje przyspieszenie jej ruchu obrotowego, a zwiększenie jej momentu bezwładności wywołuje zwolnienie tego ruchu. Ruchy tektoniczne wypiętrzające masy skalne w rejonach równikowych zwiększające moment bezwładności Ziemi powodują zmniejszanie prędkości jej wirowania. Wypiętrzanie mas skalnych w okolicach podbiegunowych oraz – co jest obserwowane obecnie – wywołane globalnym ociepleniem pogrubianie się warstwy stałych lodowców spoczywających wysoko na lądolodach obszarów arktycznych i Antarktydy przy równoczesnym topnieniu lodowców na małych szerokościach geograficznych powoduje zmniejszenie momentu bezwładności Ziemi i w rezultacie zwiększanie prędkości jej wirowania.

Zmiany w wirowaniu dużych mas wody w morzach i powietrza w atmosferze wywołują zmiany w wirowaniu Ziemi. Zmiany prędkości obrotowej Ziemi nie przenoszą się natychmiast na wirowanie jej jądra. Na początku XXI w. odkryto, że jądro wiruje szybciej niż skorupa ziemska.

Oddziaływania grawitacyjne innych ciał Układu Słonecznego – głównie Księżyca i Słońca, poprzez pływy morskie, wywołują hamowanie ruchu wirowania Ziemi.

Zjawisko pływowe

Zjawisko pływowe to zmiana kształtu ciała niebieskiego w wyniku zmiennego wpływu grawitacji innego ciała niebieskiego (dzięki tzw. sile pływowej). Najczęściej jest to zjawisko cykliczne, gdyż dotyczy ciał powiązanych swoimi orbitami. Może występować, gdy jedno ciało obraca się względem drugiego z inną prędkością niż prędkość obrotowa drugiego ciała wokół własnej osi, lub gdy orbita jednego ciała względem drugiego jest inna niż kolista.

Na Ziemię najwyraźniejszy wpływ ma Księżyc, a najbardziej odczuwalne jest to w zachowaniu hydrosfery pod postacią pływów morskich. Stąd na powierzchni Ziemi, w cyklu w przybliżeniu półdobowym, ma miejsce jeden cykl ruchów oceanicznych w postaci przypływu i odpływu.

Zjawiska pływowe mogą również objawiać się w postaci ruchów skał, aczkolwiek na Ziemi zjawisko to jest słabo mierzalne – ocenia się takie odkształcenia na około 30 cm. Wyraźnie przebiega ono natomiast np. na powierzchni Io – jednego z księżyców Jowisza, gdzie amplituda odkształceń powierzchni Io wynosi ok. 100 m. będąc przyczyną znacznej aktywności wulkanicznej.

Globalna cyrkulacja powietrza

Cyrkulacja powietrza to system prądów powietrznych nad powierzchnią kuli ziemskiej. Przyczyną krążenia, czyli cyrkulacji powietrza w troposferze, są różnice w ogrzewaniu powierzchni Ziemi uzależnione od stref oświetlenia Ziemi. Różnice w ogrzewaniu powierzchni wywołują różnice w ogrzewaniu powietrza.

Powietrze ciepłe – jako lżejsze od zimnego – unosi się, a zimne opada. Jest to zjawisko fizyczne zwane prądem konwekcyjnym. Na całej kuli ziemskiej powstają w ten sposób wyże i niże baryczne. Zróżnicowanie ciśnienia jest przyczyną powstawania wiatru. Za wielkoskalowe prądy powietrzne przyjmuje się takie prądy, które pod względem swych rozmiarów są porównywalne z wielkimi obszarami lądów i oceanów.

W globalnej cyrkulacji atmosfery wyróżnia się komórki cyrkulacyjne, występujące na obu półkulach, w obrębie których odbywa się ruch mas powietrza.

• komórka Hadleya – w niskich szerokościach geograficznych obu półkul występuje komórka cyrkulacji powietrza, zwana komórką Hadleya. Krążenie powietrza odbywa się tam między zwrotnikami a równikiem i nosi nazwę cyrkulacji pasatowej
• komórka Ferrela – w podzwrotnikowych i umiarkowanych szerokościach geograficznych na obu półkulach występują komórki Ferrela. Powietrze krąży między 30° a 60° szerokości geograficznej północnej i południowej.
• komórka polarna – w okolicach biegunów cyrkulacja odbywa się w komórkach okołobiegunowych. Powietrze krąży od stabilnych układów wysokiego ciśnienia nad biegunem w stronę kół podbiegunowych.

Od ogólnej cyrkulacji należy odróżnić cyrkulacje lokalne, np. bryzy przy wybrzeżach mórz, wiatry dolinne i górskie, wiatry lodowcowe, wiatry pustynne.

źródło: materiały prasowe
Cyrkulacja powietrza, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Cyrkulacja termohalinowa, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Downwelling, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Globalne ocieplenie, prądy morskie i życie w oceanach, naukaoklimacie.pl, licencja CC BY NC ND 3.0 PL
Ocean, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Prąd głębinowy, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Prąd morski, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Prąd powierzchniowy, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Prąd przydenny, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Prąd wiatrowy, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Północnoatlantyckie wody głębinowe, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Ruch obrotowy Ziemi, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Upwelling, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zachodnia intensyfikacja prądów morskich, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zasolenie, autorzy, licencja CC BY SA 4.0
Zjawisko pływowe, autorzy, lice

Zmiany klimatu – dodatkowe informacje:
carbon offset, dekarbonizacja, denializm klimatyczny (zaprzeczanie globalnemu ociepleniu), depresja klimatyczna (ekolęk, lęk klimatyczny), fakty i mity klimatyczne, handel emisjami CO2, hipoteza pistoletu metanowego, naturalna zmienność klimatu, neutralność klimatyczna, neutralność węglowa, odnawialne źródła energii, rekompensata węglowa, sekwestracja CO2, ślad ekologiczny, ślad węglowy, ślad wodny, węglowy rezerwuar, zielona transformacja energetyczna, zielony rozwój, zrównoważony rozwój

efekt cieplarniany, gazy cieplarniane, globalne ocieplenie
dwutlenek węgla, freony (chlorofluorowęglowodory CFC), metan, ozon, podtlenek azotu

międzynarodowe organizacje, petycje, protokoły, umowy:
Europejski System Handlu Emisjami (EU ETS), Europejski Zielony Ład, funduszu Loss and Damage, Green Climate Fund, Konferencje Stron COP (Conferences of the Parties), Międzyrządowy Zespół ds. Zmian Klimatu (Intergovernmental Panel on Climate Change IPCC), Petycja Oregońska, Porozumienie Paryskie, Protokół z Kioto, Ramowa konwencja Narodów Zjednoczonych w sprawie zmian klimatu (United Nations Framework Convention on Climate Change – UNFCCC, FCCC)

zagrożenia ekologiczne związane z zmianami klimatu:
blaknięcie (bielenie) raf koralowych, El Niño, ekstremalne zjawiska, gatunki zagrożone wyginięciem, geoinżynieria klimatu, gwałtowne zmiany pogody, huragany, kwaśny deszcz, La Niña, miejska wyspa ciepła, migracje gatunków, migracja ludności, ocieplenie oceanu, odtlenienie oceanu, osuwiska i tsunami, otwarcie nowych szlaków handlowych, paliwa kopalne, podtopienia, powodzie, punkty krytyczne w ziemskim systemie klimatycznym, pustynnienie, redukcja morskiej pokrywy lodowej (zmniejszenie zasięgu i frekwencji lodu morskiego), sprzężenia zwrotne w ziemskim systemie klimatycznym, straty ekonomiczne, susza, topnienie lodowców i lądolodów, topnienie lodu morskiego, topnienie wiecznej zmarzliny, ubożenie (utrata) różnorodności biologicznej, wydłużony okres wegetacyjny roślin, wylesianie (deforestacja), wymieranie gatunków, wzrost poziomu mórz i oceanów, wzrost śmiertelności, zakwaszenie wód (rzek, jezior, mórz i oceanów), zmniejszony dopływ słodkiej wody, zanieczyszczenie powietrza, zanieczyszczenie środowiska, zmiana (modyfikacja) cyrkulacji atmosferycznej, zmiana cyrkulacji termohalinowej (zaburzenie cyrkulacji oceanicznej), zwiększenie produkcji rolnej, zwiększenie powierzchni tundry w Arktyce, zwiększony zasięg występowania wektorów przenoszących zakaźne drobnoustroje (rozprzestrzenianie się chorób)

Wiedza ekologiczna – dodatkowe informacje:
aforyzmy ekologiczne, biblioteka ekologa, biblioteka młodego ekologa, ekoprognoza, encyklopedia ekologiczna, hasła ekologiczne, hasztagi (hashtagi) ekologiczne, kalendarium wydarzeń ekologicznych, kalendarz ekologiczny, klęski i katastrofy ekologiczne, największe katastrofy ekologiczne na świecie, międzynarodowe organizacje ekologiczne, podcasty ekologiczne, poradniki ekologiczne, (nie) tęgie głowy czy też (nie) najtęższe umysły, znaki i oznaczenia ekologiczne

Dziękuję, że przeczytałaś/eś powyższe informacje do końca. Jeśli cenisz sobie zamieszczane przez portal treści zapraszam do wsparcia serwisu poprzez Patronite.

Możesz również wypić ze mną wirtualną kawę! Dorzucasz się w ten sposób do kosztów prowadzenia portalu, a co ważniejsze, dajesz mi sygnał do dalszego działania. Nad każdym artykułem pracuję zwykle do późna, więc dobra, mocna kawa wcale nie jest taka zła ;-)

Zapisz się na Newsletter i otrzymuj email z ekowiadomościami. Dodatkowo dostaniesz dostęp do specjalnego działu na stronie portalu, gdzie pojawiają się darmowe materiały do pobrania i wykorzystania. Poradniki i przewodniki, praktyczne zestawienia, podsumowania, wzory, karty prac, checklisty i ściągi. Wszystko czego potrzebujesz do skutecznej i zielonej rewolucji w twoim życiu. Zapisz się do Newslettera i zacznij zmieniać świat na lepsze.

Chcesz podzielić się ciekawym newsem lub zaproponować temat? Skontaktuj się pisząc maila na adres: informacje@wlaczoszczedzanie.pl

Więcej ciekawych informacji znajdziesz na stronie głównej portalu Włącz oszczędzanie