Chcesz wiedzieć, jak szybko ociepla się ocean? Śledź trzęsienia ziemi

Mierząc fale dźwiękowe wprawiane w ruch przez trzęsienia ziemi, naukowcy oszacowali, że Ocean Indyjski ociepla się o około 0,044 K na dekadę.

Gdy gazy cieplarniane gromadzą się w atmosferze ziemskiej, planeta zatrzymuje ciepło, które w przeciwnym razie rozproszyłoby się w kosmos. Większość tego dodatkowego ciepła jest pochłaniana przez ocean, a naukowcy zwrócili się teraz do nowego źródła danych - trzęsień ziemi - aby zbadać, jak szybko ociepla się woda morska. Z ich pomiarów wynika, że ​​Ocean Indyjski nagrzewa się o około 0,044 K na dekadę. To znacznie szybciej, niż wskazany przez zestaw autonomicznych pływaków - podali autorzy badania.

Rozrusznik klimatyczny

- Ponad 90% energii uwięzionej przez gazy cieplarniane ogrzewa ocean. W rezultacie globalny ocean jest swego rodzaju stymulatorem klimatycznym - powiedział Jörn Callies, oceanograf z Kalifornijskiego Instytutu Technologii w Pasadenie i współautor nowych badań. „Ocean odgrywa ważną rolę w systemie klimatycznym”.

Ale zrozumienie tego, jak szybko ociepla się ocean, było do niedawna trochę kłopotliwe. „Opuszczasz instrument za burtę statku i mierzysz temperaturę” - powiedział Callies. Ten żmudny proces zaowocował nierównym i stronniczym zasięgiem, ponieważ marynarze nie byli na przykład zainteresowani żeglowaniem po notorycznie nieprzyjaznym Oceanie Południowym.

Jednak wszystko zmieniło się w 2000 roku, kiedy wypuszczono pierwszy autonomiczny pływak Argo. Każdy z tych robotów o długości około metra dokonuje powtarzających się odczytów przewodnictwa, temperatury i ciśnienia oceanu, gdy porusza się on w górę i w dół słupa wody. Około 4000 statków Argo wędruje teraz po oceanach , dryfując z prądami.

Idąc głębiej niż Argo

Jednak ograniczenie pływaków Argo polega na tym, że nie schodzą one głębiej niż około 2000 metrów pod wodą. (Program znany jako Deep Argo, który jest obecnie pilotowany, wyśle ​​pływaki na głębokość 6000 metrów). Aby lepiej zrozumieć, jak ociepla się ocean - w tym jego głębsze obszary - Callies i jego koledzy będą mierzyć zmiany czasów przemieszczania się fal dźwiękowych rozchodzących się w wodzie.

- Fale dźwiękowe przemieszczają się szybciej w wodzie cieplejszej niż w wodzie zimniejszej. Jednak naukowcy w latach dziewięćdziesiątych odkryli, że generowanie fal dźwiękowych za pomocą np. głośników pod wodą wiąże się pewnymi trudnościami - powiedział Bruce Cornuelle, oceanograf fizyczny z Scripps Institution of Oceanography w La Jolla w Kalifornii, który nie był zaangażowany w badania.  - Tworzenie źródeł dźwięku jest kosztowne i pojawiło się wiele pytań o to, jaki miałoby wpływ na ssaki morskie.

Callies i jego koledzy zdecydowali się sięgnąć po naturalne źródło fal dźwiękowych. „Wykorzystujemy trzęsień ziemi do generowania dźwięku” - powiedział Callies. Kiedy fale sejsmiczne wstrząsają dnem morskim, generują fale dźwiękowe w oceanie. Fale te przemieszczają się z prędkością około 1,5 kilometra na sekundę - znacznie wolniej niż pierwotne (P) i wtórne (S) fale sejsmiczne - i po ponownym uderzeniu w dno morskie są ponownie przekształcane w fale sejsmiczne.

Callies i jego współpracownicy skupili się na regionie w pobliżu indonezyjskiej wyspy Sumatra, jednego z najbardziej podatnych na trzęsienia ziemi miejsc na świecie.

Korzystając z katalogu trzęsień ziemi opracowanego przez Międzynarodowe Centrum Sejsmologiczne, naukowcy wyodrębnili 2047 par powtarzających się trzęsień ziemi, które miały miejsce w pobliżu Sumatry w latach 2004–2016. Znalezienie tych repetytorów umożliwiło przeprowadzenie tych badań, powiedział Callies.

- Fale sejsmiczne powtarzających się trzęsień ziemi powstają w tym samym miejscu, więc wszelkie zmiany czasu podróży można powiązać ze zmianami temperatury oceanu - powiedział. - Gdybyśmy nie używali repeaterów, niepewność co do lokalizacji trzęsienia ziemi zagłuszyłaby wszelkie sygnały oceaniczne.

Dla każdej pary powtarzających się trzęsień ziemi naukowcy obliczyli różnicę w czasie podróży fal między ich źródłem na Sumatrze a odbiornikiem sejsmicznym na Diego Garcia, atolu oddalonym o około 3000 kilometrów i będącym częścią Brytyjskiego Terytorium Oceanu Indyjskiego.

Zespół odkrył, że różnice w czasie podróży - zwykle o kilka dziesiątych sekundy - mają tendencję do zwiększania się z czasem. To jest znak ocieplenia oceanu.

Wyraźny trend ocieplający

Naukowcy obliczyli, że średnio ocieplenie Oceanu Indyjskiego wynosiło około 0,044 K na dekadę w latach 2004-2016 - podali w zeszłym miesiącu w Science. To około 70% więcej niż wynikająca z Argo wartość 0,026 K na dekadę. Ta rozbieżność jest w pewnym stopniu oczekiwana, powiedział Callies, ponieważ te dwa zestawy danych badają różne części słupa wody. (Co uspokajające, zespół wykazał, że oba zestawy danych wykazują wahania temperatury wody w tych samych okresach - 6 i 12 miesięcy - które są najprawdopodobniej sezonowe).

Te wyniki są intrygujące, ale jest więcej do zbadania, powiedział Cornuelle ze Scrippsa. Na przykład, ważne jest, aby zrozumieć, jak duża część różnic w czasie podróży wynika z rzeczywistych zmian temperatury w porównaniu z niewielkimi zmianami lokalizacji trzęsień ziemi.

W przyszłości korzystne byłoby używanie podwodnych odbiorników - hydrofonów - do bezpośredniego wykrywania przemieszczających się fal dźwiękowych, zamiast polegać na ich przekształcaniu z powrotem w fale sejsmiczne i wychwytywaniu przez lądowe czujniki sejsmiczne. Umożliwiłoby to zbieranie pomiarów z jeszcze mniejszych - a zatem liczniejszych - trzęsień ziemi.

Istnieje również możliwość przyjrzenia się falom dźwiękowym o różnych częstotliwościach, aby zbadać zmiany temperatury na różnych głębokościach wody.