Защо наричаме океанските и морските течения “двигатели на климата”?

Намаляването на скоростта на Гълфстрийм води да настъпването на сухи и мразовити зими в Централна и Източна Европалл Защо наричаме океанските и морските течения “двигатели на климата”. На този въпрос отговор дава Емил Гачев в анализ за climateka.bg. 

Гачев е доцент в катедра “География, екология и опазване на околната среда” към Природо-математическия факултет на Югозападния университет „Неофит Рилски“ като работи и в департамент „География“ към НИГГГ-БАН. Преподавател е по хидрология, геология (ЮЗУ) и ландшафтна екология (УАСГ).

Водите в Световния океан се намират в непрестанно движение посредством вълнението, приливите, отливите и теченията. Теченията са най-широкомащабните и най-значимите движения на морската вода. Повърхностните течения се формират под въздействието на преобладаващите ветрове в приземния атмосферен слой (обща атмосферна циркулация) и осъществяват активно преразпределяне на топлината по земната повърхност. Тези движения формират обща циркулация, която обхваща всички океани и морета. Повърхностните течения имат изключително значение за климата на крайбрежията, но тяхното влияние се простира и на стотици километри навътре в сушата. В светлината на климатичните колебания и промени, океанската циркулация играе ролята на посредник между измененията в температурния баланс на планетарно ниво и характеристиките на регионалните климати. 

Теченията са наричани „реки в океана“. Чрез придвижването на  огромни водни маси, те пренасят колосални количества топлина от малките към големите географски ширини. Във фокуса на тази статия са повърхностните ветрови течения, които възникват под действие на относително постоянни ветрове. Движенията на въздуха създават триене върху водната повърхност и увеличат водата след себе си. Ветровете въздействат в най-голяма степен върху първите 50 – 200 м воден слой, съобразно със силата и постоянството на въздушния поток. Тъй като са породени от общата атмосферна циркулация, ветровите течения изместват сезонно траекториите си заедно с преместването на въздушните маси и ветровите пояси, като се опитват да следят Слънцето. Поради значителната инертност на водата обаче, това преместване е по-малко в сравнение с теченията на атмосферната циркулация.

Различават се топли и студени повърхностни течения 

Топлите течения протичат в посока от Екватора към полюса, от по-малки към по-големи географски ширини. Водата, затоплена от по-силното слънце, постепенно изстива с отдалечаване от Екватора. Въпреки това тя остава по-топла от околните води, които също стават все по-студени с нарастване на географската ширина. Наличието на по-топла водна маса води до локално нагряване на въздуха над нея, до усилено изпарение и образуване на облаци. Затова климатът по крайбрежията, откъдето минават топли океански течения, е влажен – около тропиците топъл и дъждовен, а в големите ширини – сравнително мек. 

Студените течения обикновено протичат в посока от полюса към Екватора, и носят относително хладни води от по-големи към по-малки географски ширини. Те действат охлаждащо на въздуха над тях и той придобива по-голяма плътност и тежест, при което изнасянето на влага във височина и образуването на облаци и валежи става невъзможно. Именно затова, студените течения определят безвалежен климат по бреговете, край които минават. В малките ширини климатът е много сух и това води до образуване на пустини на самия морски бряг. В големите ширини и в приполярните области студените течения определят мразовити условия, особено през зимата.

Фигура 1. Схема на главните течения в Световния океан (Гачев, 2021). Течения: 1 – Гълфстрийм; 2 – Канарско; 3 – Лабрадорско; 4 – Западногренландско; 5 – Източногренландско; 6 – Северно атлантическо пасатно; 7 – Гвианско; 8 – Гвинейско (противотечение); 9 – Южно атлантическо пасатно; 10 – Бразилско; 11 – Течение на западните ветрове; 12 – Фолклендско; 13 – Бенгелско; 14 – Западноавстралийско; 15 – Южно Индийско пасатно; 16 – Мадагаскарско; 17 – Иглено; 18 – Северно Индийско пасатно (само зимата); 19 – Индийско екваториално противотечение; 20 – Сомалийско (със сезонна смяна); 21 – Перуанско; 22 – Южно Тихоокеанско Пасатно; 23 – Източноавстралийско; 24 – Северно Тихоокеанско Пасатно; 25 – Тихоокеанско екваториално противотечение; 26 –  Курошио; 27 – Калифорнийско; 28 – Алеутско; 29 – Курилско; 30 – Северно околополярно.

Въпреки че се движат по паралела, теченията в пояса близо до Екватора могат да се приемат за топли, понеже имат по-висока температура от океанските води в съседните тропични области и генерират усилено изпарение. Именно в резултат на това изпарение се формират тропичните циклони. Околополярните течения са студени, тъй като тяхната температура се понижава допълнително от ледовите явления, характерни за полярните области. Това особено се отнася за обикалящото около Антарктида Течение на западните ветрове. Най-съществена роля за теченията имат пасатите (източни ветрове) в малките ширини и западните ветрове в умерените ширини, които задвижват водните маси във взаимно противоположни посоки. Съчетаването на посоката на ветровете с разположението на континентите и конфигурацията на бреговете определя формирането на кръгове на теченията в отделните части на океаните. Под влиянието на силата на Кориолис и на центробежните сили, водните потоци са най-изразени край бреговете и там, където постоянните ветрове духат най-силно, а в средата на кръговете водната маса е относително статична и бавно се върти на едно място.

В малките и умерените ширини на Южното полукълбо се образуват три кръга на теченията (по един във всеки океан), които се въртят обратно на часовниковата стрелка (Фиг. 1). Кръговете имат два сегмента – топъл (на север и запад) и студен (на юг и изток). Първият е съставен от южните пасатни течения – Атлантическо (9), Индийско (15) и Тихоокеанско (22), и от теченията по източните брегове на континентите – Бразилско (10), Мозамбикско (16), Източноавстралийско (23), които определят влажния климат по тези брегове. Вторият сегмент включва Течението на Западните ветрове (11) и, съответно, отклоняващите се на север от него Бенгелско (13), Западноавстралийско (14) и Перуанско (21) течения, чието климатично действие обуславя формирането на пустините Атакама (в Южна Америка), Намиб (в Африка) и пустините на Западна Австралия (фиг. 2).

Южното околополярно течение (11) прилича на огромна, вечно движеща се река, която леко се стеснява само при протока Дрейк. След него водите се разширяват ветриловидно, което води до формирането на студен клон на североизток покрай издължената част на Южна Америка – това е Фолклендското течение (12), което обуславя сух (полупустинен) климат в Патагония, въпреки че тази област се намира на източния бряг. Контрастно на това, покрай овалния контур на Южна Африка „подлизва“ топлото Иглено течение (17) – западно разклонение на Мозамбикското течение.

Фигура 2. Атакама, Южна Америка – заради ефекта на студеното Перуанско течение, пустинята се простира до самото море (снимка: http://www.protoursdestination.com/)

На същите ширини в Северното полукълбо се формират кръгове, които от своя страна се въртят по посока на часовниковата стрелка. В Атлантическия океан кръгът включва топлите течения Северно атлантическо пасатно (6) и Гълфстрийм (1), което протича покрай Карибско море и източния бряг на Северна Америка (клон от него преминава през Мексиканския залив (the Gulf), откъдето идва името на течението: Gulf Stream), след това се насочва на североизток към Европа. Покрай западния бряг на Африка водата се връща чрез студеното Канарско течение (2), поради което пустинята Сахара достига до самия морски бряг. От юг в кръга се влива Гвианското течение (7), което се формира в стеснената централна част на Атлантика. Тихоокеанският кръг се състои от Северното Пасатно течение (24), топлото течение Курошио (26), протичащо край Япония и после на изток през океана, и студеното Калифорнийско течение (27), което връща водите отново в екваториалната зона и определя сухия климат и сравнително хладното море покрай западните американски брегове (именно поради тази причина Лос Анджелис и Сан Франциско не са предпочитани дестинации за плаж, въпреки добрия климат).

Активното действие на пасатите от двете страни на Екватора пренася големи водни маси от изток на запад. Това поражда течения с обратна насоченост в междупасатната зона, които се проявяват приблизително по линията на Екватора. Възникването им не е породено от действието на ветровете, а от нуждата да се компенсират съседните течения. Затова те са наречени противотечения. В Тихия океан такова е Екваториалното противотечение (25), а в Атлантическия – Гвинейското течение (8).

Затоплящият и силно овлажняващ климата ефект на тези течения се усеща в крайните източни части на океаните, където в съседство идват студени течения откъм тропиците. Такива райони са Панамското, Колумбийското и Еквадорското тихоокеанско крайбрежие, както и районът на Гвинейския залив.   

Ситуацията в северната част на Индийския океан е по-особена, поради затвореността на океана от север и огромната азиатска суша. Тук теченията се формират под съвместното влияние на пасатите и на особено силните мусонни ветрове, възникващи заради големите температурни разлики между сушата и водата. През лятото влажният мусон духа от юг на север към полуостров Индостан и към прегретите пустини на Западна и Централна Азия. Ветровете задвижват водата в същата посока и покрай бреговете на Сомалия възниква течение, насочено на север-североизток (20). Тъй като през лятото в Северното полукълбо Слънцето е изместено на север от Екватора (а с него и екваториалната зона на активна конвекция), то Сомалийското течение, което се проявява в непосредствена близост до самия Екватор, има ефект на студено течение, изсушаващо крайбрежния климат. В този сезон северната ориентация на теченията в Арабско море и Бенгалския залив се подпомага и от югоизточните пасати.

През зимата (за Северното полукълбо) духа сухият мусон, насочен от преохладената безводна вътрешност на Азия към моретата на юг. Под въздействието на мусона, както и на североизточните пасати, теченията в северната част на Индийския океан през този сезон придобиват посока от североизток на югозапад. Посоката си сменя и течението покрай африканските брегове. То обаче запазва характера си на студено течение, понеже през този сезон Слънцето преминава по небосвода южно от 0° г. ш. Така в една ивица съвсем близо до Екватора климатът по крайбрежието остава постоянно сух и по бреговете на Сомалия се наблюдават пустинни условия. 

Тази обстановка е без прецедент на планетата

В северната част на Индийския океан се оформят още две течения със сезонен характер. Това са Северното Индийско пасатно течение (18) и Индийското екваториално противотечение (19), които се проявяват само през зимата, когато над тази част на океана духат пасатите в съчетание с идващия от същата посока зимен мусон. 

В най-северните части на Атлантическия и Тихия океани се оформят още няколко кръгови звена на теченията. Под въздействието на преобладаващите ветрове (Фиг. 1) тяхното завъртане става в посока обратна на часовниковата стрелка. В Тихия океан кръгът включва течението Курошио (26) (от юг), топлото Алеутско течение (28), покрай Британска Колумбия и Аляска, и студеното Курилско течение (29), което връща водите на юг покрай бреговете на Азия към Японските острови. Високата температура на водата край северноамериканските брегове причинява активно изпарение и образуване на циклони (процесът е по-активен през зимата и пролетта, когато сушата е много по-студена от водата). В условията на западен въздушен пренос циклоните биват издухвани от ветровете над Кордилерите, дават обилни валежи и формират многобройни ледници. Обратно, в резултат на студеното течение, което протича край североизточните азиатски брегове, както и на сухите зимни ветрове от вътрешността на Азия, крайбрежните морета Охотско и Берингово се сковават в ледове за няколко месеца в годината.

В крайните северни части на Атлантическия океан кръговратът на теченията е по-сложен заради разнообразната конфигурация на сушата. Топлото течение Гълфстрийм (1) минава покрай бреговете на Европа и продължава към Северния ледовит океан. Благодарение на него климатът е мек и влажен, а океанът на север от Европа целогодишно не замръзва (Норвежко и Баренцово море). Водите, които са с до 10°С по-топли от околната вода, пораждат активно изпарение и формиране на циклони в района на о. Исландия, които, носени от западните ветрове, поемат на изток през Европа (съответно, с по-голяма активност през зимата и пролетта). 

Багодарение на преобладаващия западен въздушен пренос над Европа, тези циклони са основен източник на валежи за България. Без тях нашата страна вероятно щеше да е пустиня.

Покрай източния бряг на о. Гренландия възниква компенсиращо студено течение (5), насочено на юг. То носи айсберги и „заледява“ брега. За сметка на това, западно покрай острова движението на водата е на север, а течението (4) е топло. Именно там се намират обитаемите райони на Гренландия и свободната от лед земя. Силно изстудената в приполярната област вода се връща на юг покрай източните брегове на Северна Америка.  Това е студеното Лабрадорско течение, което се спуска покрай бреговете почти до мястото на отделяне на Гълфстрийм от американския бряг и носи многобройни айсберги, особено през пролетта. През март – април, ледени планини, откъснали се от Гренландия, могат да достигнат на юг чак до 40° с. ш. Контактът на загретия от течението Гълфстрийм въздух със студените води на Лабрадорското течение води до много честото образуване на мъгли в района около о. Нюфаундленд и канадските атлантически брегове. 

Именно тези условия са довели до гибелта на много плавателни съдове, пътуващи по презокеанските маршрути между Европа и Северна Америка, включително трагедията с потъването на „Титаник“, който се удря в айсберг през 1912 г.    
В Северния ледовит океан теченията се задвижват от целогодишно разположения там полярен антициклон, в който въздухът се спуска, завихряйки се заради силата на Кориолис по часовниковата стрелка, като завърта водите (и полярната шапка от океански лед) в същата посока. Край бреговете на океана това въртене се проявява като студени източно-западни течения (30). Изключението е само по европейските брегове, където от Атлантика навлиза насоченото на изток топло Норвежко течение.

От картата (Фиг. 1) ясно личи, че студените крайбрежни течения най-често се комбинират с постоянни ветрове, духащи откъм сушата, и това още повече намалява възможността за валежи по крайбрежието. Обратно – топлите течения се съчетават с духащи откъм морето ветрове, при което изпаренията и образуваните облаци се отнасят към сушата и я овлажняват. При наличие на планини по крайбрежието в такива условия климатът може да бъде много влажен – например по тихоокеанския бряг на Източна Австралия.

Влиянието на теченията върху природата и върху живота на хората е огромно в много аспекти

Ето част от примерите:

Теченията са „виновни“ за съществуването на крайбрежните пустини по западните брегове на континентите, както и за това, че условията за плаж и морска почивка във Флорида и в Бразилия са много по-добри от тези в Калифорния и Перу например. 

Топлото течение Гълфстрийм, протичащо край западните брегове на Европа, е в основата на формирането на циклоните, които носят обилна влага навътре в континента. Счита се, че намаляването на скоростта на това течение, което се наблюдава в някои години, е свързано с отслабване на циклоните и настъпването на сухи и мразовити зими в Централна и Източна Европа. 
Въпреки че в Гренландия и Исландия няма дървета, е установено, че местното население от векове ползва дървен материал за строителството на къщи и кораби. И сега на скованите от студ северни брегове на острова могат да се намерят многобройни стволове и дънери на иглолистни дървета. Оказва се, че те са донесени от полярните Арктически течения чак от Сибир (Фиг. 3).

Откъснатите от прииждащите през пролетта реки дървета попадат в морето и биват „вградени“ в образуващия се през зимата океански лед. Така те могат да се съхранят без да изгният, докато достигнат до северните брегове на Гренландия и Исландия – пътешествие, което отнема 3 – 4 години. 
Конфигурацията на теченията определя разположението на зоните на ъпуелинг (жълтите полета на Фиг. 1). Това са основните риболовни зони на света, тъй като в тях става издигане от дълбочина на хладни води, богати на хранителни вещества, изнесени от океанското дъно.

Фигура 3. Пътят на „замразената дървесина” от Сибир към Гренландия и Исландия (с кафявите стрелки) (по Eggertsson, 1993)  
Течения и климатични промени

Измененията в енергийния баланс на Земята оказват директно влияние най-напред върху повърхностната океанска циркулация. Наблюдаваното в последните години затопляне е по-изразено в умерените и големите ширини, отколкото в междутропичната област, като причина за активното затопляне на приполярните райони е намаляването на обхвата на ледовите явления в Арктика и Западна Антарктика. Това води до появата на някои тенденции на промяна в интензивността на теченията и в температурата на океанската вода в определени зони. По-долу са представени няколко примера.

Намаляването на температурните контрасти между Тропиците и Полюсите води до забавяне на интензивността на някои студени течения, протичащи от умерените към малките ширини.

Най-ярък пример е Перуанското течение. Намалената скорост и обем на течението – феномен, известен с наименованието Ел Ниньо („Младенец“), се свързва с аномално високи температури и увеличено изпарение покрай Перуанските и Чилийските брегове, както и с подтискане на ъпуелинга, което оказва силно негативно въздействие върху рибния улов. В същото време, наднормената температура на водата в пасатната област причинява „топли вълни“, с които се свързва избелването на коралите.

Ел Ниньо е явление, присъщо за източната част на Тихия океан и не се наблюдава всяка година – то е елемент от вариациите на Южнотихоокеанското колебание (осцилация). В последните години обаче има тенденция неговата проява да зачестява.

Друг пример е ефектът от затоплянето на големите ширини върху циркулацията на теченията в Северния Атлантически океан. По-топлата вода на Гълфстрийм покрай бреговете на Норвегия и Исландия понижава атмосферното налягане и увеличава енергията на изпарението, а оттам и интензивността на Исландските циклони, които пренасят влага над Европа. Циклоните все по-често се зараждат над по-големи ширини и се движат по по-северни траектории. Това съдейства за появата на по-топли зими и за намаляване на снеговалежите и на продължителността на задържане на снежната покривка, както и за трайна тенденция към засушаване на климата в Южна Европа (включително в България), особено през есенно-зимния период. 

Океанските и морските течения с основание се наричат “двигатели на климата”. Въпреки големия брой изследвания на океанската циркулация в последните години, все още не са изяснени всички аспекти на взаимодействията климат-океан-климат. Правилното оценяване на ефектите от климатичните промени изисква познаване на механизмите на действие на океанските течения в дълбочина – в преносния, а и в буквалния смисъл. Защото повърхностните течения са свързани с циркулация на океанските води и в по-дълбоките слоеве на океана, която, както се установява напоследък, има огромна и все още много слабо изучена роля за преноса на топлина към по-големите географски ширини.