Oceánský motor

Při pohledu z vesmíru je jasné, že žijeme na modré planetě. Přes svou extrémní slanost, nepředvídatelnou povahu a bezprecedentní vliv na naše počasí je obrovská vodní plocha oceánů životně důležitá pro veškerý život na Zemi. Helen Czerski, britská oceánografka a popularizátorka, strávila svou kariéru studiem oceánu. Ve své nové knize „The Blue Machine: How the Ocean Works“ (W. W. Norton & Company, 2023) zkoumá, jak obrovská masa vody, která obklopuje naši planetu, vytvořila svět, ve kterém dnes žijeme, proč jsou některá místa bohatá na život, zatímco jiná ne, jak se civilizace formovaly kolem oceánských proudů a proč Sluncem ozařovaný oceán funguje jako baterie, která napájí meteorologické systémy Země. V rozhovoru vedeném šéfredaktorem Live Science Alexandrem McNamarou mluví o tom, co pohání tento oceánský motor, přirovnává jej k luxusnímu koktejlu a vysvětluje, co dalšího oceány čeká.

Alexander McNamara: Ve své knize popisujete oceán jako motor, ale co tím vlastně myslíte?

Helen Czerski: Definice motoru je něco, co přeměňuje jakoukoli tepelnou energii na pohyb, což oceán dělá. Nahoře je teplá vrstva, která může mít tloušťku až 100 metrů, a pod ní je voda mnohem chladnější a dělí se na další vrstvy. Ačkoli jsou horní a spodní část oceánu odděleny, poblíž pólů jsou propojeny a toto spojení pohání cirkulaci. Voda klesá a klouže se po dně oceánu třeba několik set let a pak se objeví někde jinde. To je to, co dělá motor v největším měřítku – přenáší teplo od rovníku k pólům. Tento fyzikální motor s celou svou anatomií je to, co způsobuje, že se věci na Zemi dějí a ovlivňuje zvířata i lidi. Pozemské civilizace jsou tak trochu formovány tím, co dělá oceánský motor.

AM: Když se náhodní pozorovatelé podívají na oceán,  uvidí, že je docela plochý, možná když je větrný den, je trochu pocuchaný. Ale podle toho, co říkáte, se mnohem víc děje pod hladinou.

HC: Motor pohánějí dvě věci – skutečnost, že se Země točí, a hustota vody. Když v hrnku mícháme lžící, vypadá to, že se voda velmi snadno míchá. Ale obecně tomu tak není. Musíte do toho vložit energii a lžíce je jen způsob, jak energii přenést. Oceán je stejný.

Představte si vrstvený koktejl, kde, pokud budete opatrní, můžete přimět jednu tekutou vrstvu, aby zůstala ležet na druhé. To funguje pouze, pokud je naléváte ve správném pořadí: horní vrstva je méně hustá než ta pod ní; ta je méně hustá než ta ještě hlouběji pod ní, atd. I v oceánu bude teplejší, méně hustá, vrstva ležet nahoře. A když je pod tím studená voda, zůstane dole na dně a nemíchají se. Jsou jako vrstvy v koktejlu – není energie je smíchat, a tak tam prostě zůstanou. Na oceánu je takové teplé víko – nazývá se smíšená vrstva, protože voda uvnitř ní se mísí – ale nemíchá se s tou, co je pod ní.  

Pak záleží na tom, co ze smíšené vrstvy vypadává dolů. Často se jedná o kousky života, organické zbytky. A organické látky nesou živiny. Jsou tvořené sloučeninami prvků, které potřebujete k životu: dusičnany, fosfor, železo, takové věci mají tendenci vypadávat ze smíšené vrstvy. A když vypadnou, už se nemohou vrátit. Takže teoreticky by na Zemi neměl být žádný život, protože sluneční světlo je nahoře a vy máte na oceánu teplé víko, ze kterého živiny prostě vypadávají. Za nějakou chvíli by zůstal oddělený oceán s živinami dole, kde není žádné sluneční světlo, a s horní vrstvou, kde nejsou žádné živiny, všechno by jen stagnovalo. To je důvod, proč uprostřed velkých oceánských pánví, například uprostřed Pacifiku, není mnoho života, protože toto oddělení vrstev vody je velmi silné.

Jediný důvod, proč je v oceánu život, je ten, že tento paradox může být prolomen. Děje se tak v blízkosti okrajů, kde dochází k periodám vzlínání, a v blízkosti pólů, kde se spojuje horní vrstva a spodní vrstva. Na vrstvení velmi záleží a je to právě hustota vody, která vrstvy určuje.

Další věc je samozřejmě to, že oceán se pohybuje do stran mnohem více než nahoru a dolů. Je to proto, že vítr tlačí na povrch vody a proto, že jsme na rotující planetě. Ocitáme se ve světě vírů a kruhů, můžou se vytvářet proudy zajímavých tvarů omezované tvary kontinentů a mezerami mezi kontinenty. Pokud jde o teplo, je zřejmé, že na rovníku, kde je slunce nad hlavou, je velmi přímý vstup spousty energie. Cirkulující proudy táhnou teplou vodu směrem k pólům a tlačí studenou vodu zpět do hloubky. Teplo se transportuje k pólům a tak se distribuuje kolem zeměkoule.

Oceán je skutečně baterie Země. Do něj se ukládá sluneční energie, a ta se pak využívá k pohonu počasí. Energie se může se vrátit zpět do ovzduší tím, že ho zahřeje, a to je to, co pohání hurikány. Může ovlivnit, kde bude led. Teplá voda je zásobárnou energie a oceán určuje, kde je a kam se přesouvá.

AM: Říkáte, že proudům trvá přesun stovky let, že se pomalu pohybují, ale jak to? Myslel jsem, že když dáte vodu dohromady, mísí se podle toho, jak rychle ji zamíchám – funguje oceán jiným, mnohem pomalejším způsobem?

HC: Představte si, že máte vanu, do které pouštíte horkou vodu, a pak se rozhodnete, že je příliš horká, a na jeden konec pustíte trochu studené vody. Pokud to uděláte, když je voda zcela nehybná, a začnete ji míchat, bude trvat dlouho, než se oba konce promíchají – a to jsme jen u velikosti lázně.

Oceán je v podstatě rozvířen víry a k vytvoření víru je zapotřebí energie. Pokud nemáte žádné víry, pak není důvod, aby se vodní hmoty míchaly, takže se prostě nemíchají. Pokud by nikdy nedošlo k žádnému míchání, měli byste prostě dokonalé vrstvy, nic by se nehýbalo a nic by se nedělo. (Difuze tepla je pomalá.) Naopak, kdyby bylo mnoho energie a vše se pořád míchalo, nakonec by bylo všechno stejné. V reálné přírodě je to něco mezi - je dost míchání, aby to bylo zajímavé, ale ne tolik, aby to začalo být nudné.

AM: A bylo to tak vždycky?

HC: Nebylo. Ve skutečnosti je to dost proměnlivé, což můžete vysledovat pomocí velmi chytré datovací technologie, která zkoumá sedimenty na dně oceánů, vrstvy ledovců a podobně. Téměř v celém globálním oceánu, kromě Arktidy, je teplá voda nahoře a mnohem chladnější dole. Například na dně severního Atlantiku je pravděpodobně 4 nebo 5 stupňů Celsia, i když na povrchu může být 30 stupňů Celsia. Ale v minulosti Země byly doby, kdy se teplá voda mísila směrem dolů mnohem snadněji a hluboký oceán měl teplotu 15 stupňů Celsia. Místo, kde je toto pravidlo porušeno, je v Severním ledovém oceánu, protože na povrchu je zima. Voda je dost studená na to, aby na povrchu zmrzla, ale pod ní je vrstva, která je teplejší a je v ní dost tepla, aby veškerý dnešní led roztavila. To teplo je izolováno v hloubce a důvod, proč se drží dole, je, že vrstva vody je opravdu slaná, takže je hustší než čerstvější voda nahoře. Není to jen teplota, která způsobuje vrstvy, vliv má i salinita.

AM: Jsem trochu zaskočen informací, že pod Arktidou je obrovská skvrna slané vody. Je to problém? A jak se tam dostala?

HC: Existují dva druhy, suchozemský led a mořský led. Pozemní led se tvoří, když se voda vypařuje z oceánu, je unášena nad pevninu a padá jako déšť nebo sníh a zamrzá. Mořský led vznikne, když povrch samotného oceánu zamrzne. Molekuly vody se uzamknou do tuhé struktury, ledu, v níž není místo pro sůl, chlorid sodný. Voda vytvoří pevný krystal a sůl se prostě vytěsní. Pod vrstvou ledu se vytváří slanější voda, která klesá. Když se přestane tvořit led, bude se generovat méně soli, systém se změní. Je opravdu zajímavé, jaké různé konfigurace oceán může mít. Všechno se neustále pohybuje. Když se podíváte na zeměkouli z místa severního pólu, uvidíte, že Arktida má dva velmi úzké vstupy, existuje jen několik cest pro oceánské vody dovnitř a ven. Cokoli tam je, muselo projít těmito úzkými mezerami. Dnes začínáme vidět vliv Pacifiku, který se vkrádá do Severního ledového oceánu. V minulosti byly Atlantik a Pacifik tak trochu mimo, nyní se začínají prodírat těmito úzkými mezerami a měnit strukturu Arktidy.

AM: Přemýšlíte o budoucnosti oceánu? Kde je obecně pro nás další velká hranice?

HC: Největší otázkou je samozřejmě vliv klimatických změn. Jak se v důsledku změny tvaru oceánského motoru změní například hospodaření s mořským kyslíkem? Pokud zpomalíte cirkulaci, změníte množství kyslíku, což v hlubokém oceánu bude mít vliv na cokoliv, co se ho bude snažit dýchat. Ano, myslím si, že stále existují velké dramatické otázky, ale musíme být hlavně pragmatičtí. Musíme pochopit, jak funguje celý pozemský stroj, abychom mohli pracovat s ním a ne proti němu. To se nám zatím nedaří. 

Přečtěte si knihu od Helen Czarski: The Blue Machine: How the Ocean Works https://www.amazon.com/Blue-Machine-How-Ocean-Works/dp/1324006714 

Zdroj: Helen Czerski interview: 'Earth's civilizations are shaped by what the ocean engine does' | Live Science