Sự lưu chuyển và tuần hoàn sâu của đại dương

Ở một số khu vực địa cực, nước bề mặt trở nên đủ lạnh và mặn để chìm sâu hàng kilomet, tạo ra một sự lưu chuyển toàn cầu chậm rãi giúp thông khí cho vực thẳm và định hình khí hậu qua nhiều thế kỷ.

Definition

Tuần hoàn lưu chuyển là dòng chảy sâu, được điều khiển bởi mật độ (nhiệt muối), trong đó nước bề mặt chìm xuống ở các vùng địa cực, lan truyền qua đại dương sâu, và từ từ trở lại bề mặt, thông khí và kết nối đại dương toàn cầu.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự hình thành nước sâu và nước đáy ở các biển địa cực, cấu trúc và sự vận chuyển của tuần hoàn lưu chuyển kinh tuyến, sự phân bố và truy tìm các khối nước, vai trò của sự pha trộn trong việc hoàn thành sự lưu chuyển, và khả năng tồn tại nhiều trạng thái tuần hoàn ổn định.

Core questions

• Nước sâu và nước đáy hình thành ở đâu và như thế nào, và điều gì quyết định các đặc tính của nó?
• Cấu trúc và cường độ của tuần hoàn lưu chuyển kinh tuyến là gì?
• Các khối nước lan truyền và pha trộn như thế nào để hoàn thành vòng lặp lưu chuyển?
• Liệu tuần hoàn lưu chuyển có thể có nhiều hơn một trạng thái ổn định và thay đổi đột ngột không?

Key theories

Sự lưu chuyển nhiệt muối và sự hình thành khối nước

Sự làm lạnh và tăng độ mặn ở vĩ độ cao làm cho nước bề mặt đủ đặc để chìm xuống, tạo thành các khối nước sâu lan truyền dọc theo các bề mặt mật độ và định nghĩa tuần hoàn sâu.

Nhiều trạng thái cân bằng của sự lưu chuyển

Stommel đã chỉ ra rằng các tác động cạnh tranh của nhiệt độ và độ mặn đối với mật độ có thể mang lại cho sự lưu chuyển nhiều hơn một trạng thái ổn định, làm tăng khả năng xảy ra các chuyển đổi đột ngột trong lịch sử khí hậu.

Mechanisms

Ở Bắc Đại Tây Dương và xung quanh Nam Cực, sự làm lạnh mạnh mẽ và sự loại bỏ muối trong quá trình hình thành băng làm tăng mật độ bề mặt cho đến khi nước chìm xuống để tạo thành nước sâu và nước đáy; nước này lan truyền qua vực thẳm và dần dần được đưa lên trên bởi sự pha trộn và sự trồi lên do gió, hoàn thành một sự lưu chuyển toàn cầu mất khoảng một nghìn năm.

Clinical relevance

Tuần hoàn lưu chuyển vận chuyển nhiệt làm ấm khí hậu khu vực, thông khí cho đại dương sâu bằng oxy, và cô lập carbon; lo ngại rằng sự ấm lên và giảm độ mặn có thể làm suy yếu nó đã khiến sự lưu chuyển Đại Tây Dương trở thành trọng tâm của việc giám sát khí hậu và nghiên cứu thay đổi đột ngột.

History

Phân tích khối nước của các nhà hải dương học đầu thế kỷ XX đã lập bản đồ tuần hoàn sâu; mô hình năm 1961 của Stommel đã tiết lộ nhiều trạng thái cân bằng của nó, và tổng hợp “băng chuyền” của Broecker đã liên kết tuần hoàn sâu với những thay đổi khí hậu đột ngột được ghi lại trong băng và trầm tích, thúc đẩy việc quan sát liên tục sự lưu chuyển.

Key figures

• Henry Stommel
• Wallace Broecker
• Carl Wunsch

Seminal works

• talley2011
• stommel1961

Frequently asked questions

Nước sâu ở dưới bề mặt bao lâu?

Nước chìm xuống đại dương sâu có thể ở đó trong vài thế kỷ đến khoảng một nghìn năm trước khi sự pha trộn và trồi lên đưa nó trở lại bề mặt, làm cho tuần hoàn sâu diễn ra rất chậm.

Liệu tuần hoàn lưu chuyển Đại Tây Dương có thể sụp đổ không?

Các mô hình và hồ sơ trong quá khứ cho thấy sự lưu chuyển có thể suy yếu hoặc chuyển đổi giữa các trạng thái nếu nước bề mặt trở nên quá ấm hoặc quá nhạt để chìm xuống; liệu điều này có thể xảy ra và nhanh như thế nào là một lĩnh vực nghiên cứu tích cực.