Circulación de vuelco meridional atlántico - Atlantic meridional overturning circulation

"AMOC" vuelve a dirigir aquí. Para otros usos, consulte AMOC (desambiguación) .
Mapa topográfico de los mares nórdicos y cuencas subpolares con corrientes superficiales (curvas sólidas) y corrientes profundas (curvas discontinuas) que forman una porción de la circulación de vuelco meridional del Atlántico. Los colores de las curvas indican temperaturas aproximadas.

La circulación de vuelco meridional del Atlántico ( AMOC ) es el componente zonalmente integrado de las corrientes superficiales y profundas en el Océano Atlántico . Se caracteriza por un flujo hacia el norte de caliente, salado agua en las capas superiores del Atlántico, y un flujo hacia el sur de más frías, aguas profundas que forman parte de la circulación termohalina . Estas "extremidades" están unidas por regiones de vuelco en los mares Nórdico y Labrador y el Océano Austral . El AMOC es un componente importante del sistema climático de la Tierra y es el resultado de impulsores atmosféricos y termohalinos.

General

El flujo superficial hacia el norte transporta una cantidad sustancial de energía térmica desde los trópicos y el hemisferio sur hacia el Atlántico norte, donde el calor se pierde a la atmósfera debido al fuerte gradiente de temperatura. Al perder su calor, el agua se vuelve más densa y se hunde. Esta densificación vincula la rama cálida de la superficie con la rama de retorno profunda y fría en las regiones de convección de los mares nórdico y de Labrador . Las ramas también están vinculadas en regiones de surgencia, donde una divergencia de las aguas superficiales provoca la succión de Ekman y un flujo ascendente de aguas profundas.

AMOC consta de celdas superiores e inferiores. La celda superior consta del flujo superficial hacia el norte, así como el flujo de retorno hacia el sur de las aguas profundas del Atlántico norte (NADW). La celda inferior representa el flujo hacia el norte del denso agua del fondo de la Antártida (AABW), que baña el océano abisal.

AMOC ejerce un control importante sobre el nivel del mar del Atlántico norte, particularmente a lo largo de la costa noreste de América del Norte. El debilitamiento excepcional de la AMOC durante el invierno de 2009-10 se ha relacionado con un aumento dañino del nivel del mar de 13 cm a lo largo de la costa de Nueva York.

Puede haber dos estados estables del AMOC: una circulación fuerte (como se ha visto en los últimos milenios) y un modo de circulación débil, como lo sugieren los modelos de circulación general acoplados atmósfera-océano y los modelos de sistemas terrestres de complejidad intermedia . Sin embargo, varios modelos del sistema terrestre no identifican esta biestabilidad.

AMOC y clima

El transporte neto de calor hacia el norte en el Atlántico es único entre los océanos del mundo y es responsable del calor relativo del hemisferio norte. AMOC transporta hasta el 25% del transporte de calor global atmósfera-océano hacia el norte en el hemisferio norte. En general, se cree que esto mejora el clima del noroeste de Europa, aunque este efecto es objeto de debate.

Además de actuar como una bomba de calor y un disipador de calor de alta latitud, AMOC es el disipador de carbono más grande del hemisferio norte, secuestrando ∼0,7 PgC / año. Este secuestro tiene implicaciones significativas para la evolución del calentamiento global antropogénico , especialmente con respecto a la disminución reciente y futura proyectada del vigor de AMOC.

Disminución reciente

Las reconstrucciones del paleoclima apoyan la hipótesis de que AMOC ha sufrido un debilitamiento excepcional en los últimos 150 años en comparación con los 1500 años anteriores, así como un debilitamiento de alrededor del 15% desde mediados del siglo XX. Las observaciones directas de la fuerza del AMOC han estado disponibles solo desde 2004 desde el sistema de amarre in situ a 26 ° N en el Atlántico, dejando solo evidencia indirecta del comportamiento anterior del AMOC. Si bien los modelos climáticos predicen un debilitamiento de AMOC en escenarios de calentamiento global, la magnitud del debilitamiento observado y reconstruido está fuera de sintonía con las predicciones del modelo. La disminución observada en el período 2004-2014 fue un factor 10 más alta que la predicha por los modelos climáticos que participan en la Fase 5 del Proyecto de Intercomparación de Modelos Acoplados (CMIP5). Si bien las observaciones del flujo de salida del mar de Labrador no mostraron una tendencia negativa entre 1997 y 2009, este período es probablemente un estado atípico y debilitado. Además de una subestimación de la magnitud de la disminución, el análisis del tamaño de grano ha revelado una discrepancia en el momento modelado de la disminución de AMOC después de la Pequeña Edad de Hielo .

Un estudio de febrero de 2021 en Nature Geoscience informó que el milenio anterior había visto un debilitamiento sin precedentes del AMOC, una indicación de que el cambio fue causado por acciones humanas. Su coautor dijo que AMOC ya se había desacelerado en aproximadamente un 15%, y ahora se están viendo impactos: "En 20 a 30 años es probable que se debilite aún más, y eso inevitablemente influirá en nuestro clima, por lo que veríamos un aumento en las tormentas". y olas de calor en Europa, y el nivel del mar sube en la costa este de los Estados Unidos ".

Un estudio de agosto de 2021 en Nature Climate Change analizó ocho índices AMOC independientes y concluyó que el sistema se está acercando al colapso.

Impactos de la disminución de AMOC

Los impactos del declive y el posible cierre del AMOC podrían incluir pérdidas en la producción agrícola, cambios en el ecosistema y la activación de otros puntos de inflexión climáticos.

Regiones de vuelco

Convección y flujo de retorno en los mares nórdicos

Las bajas temperaturas del aire en las latitudes altas provocan un considerable flujo de calor del aire del mar, lo que provoca un aumento de la densidad y la convección en la columna de agua. La convección del océano abierto ocurre en penachos profundos y es particularmente fuerte en invierno cuando la diferencia de temperatura entre el mar y el aire es mayor. De los 6 sverdrup (Sv) de agua densa que fluye hacia el sur sobre el GSR (Groenlandia-Escocia Ridge), 3 Sv lo hace a través del Estrecho de Dinamarca formando el Agua de Desbordamiento del Estrecho de Dinamarca (DSOW). 0,5-1 Sv fluye sobre la cordillera Islandia-Feroe y los 2-2,5 Sv restantes regresan a través del canal Feroe-Shetland; estos dos flujos forman el agua de desbordamiento de Islandia Escocia (ISOW). La mayor parte del flujo sobre la cresta Faroe-Shetland fluye a través del canal Faroe-Bank y pronto se une al que fluía sobre la cresta Islandia-Faroe, para fluir hacia el sur en profundidad a lo largo del flanco oriental de la cresta Reykjanes. A medida que ISOW desborda el GSR (Groenlandia-Escocia Ridge), arrastra turbulentamente aguas de densidad intermedia como el agua en modo subpolar y el agua de mar de Labrador. Esta agrupación de masas de agua luego se mueve geostróficamente hacia el sur a lo largo del flanco este de Reykjanes Ridge, a través de la Zona de Fractura de Charlie Gibbs y luego hacia el norte para unirse a DSOW. Estas aguas a veces se conocen como agua de desbordamiento de los mares nórdicos (NSOW). NSOW fluye ciclónicamente siguiendo la ruta de superficie del SPG (giro subpolar) alrededor del Mar de Labrador y además arrastra el Agua de Mar de Labrador (LSW).

Se sabe que la convección está suprimida en estas altas latitudes por la capa de hielo marino. El hielo marino flotante "cubre" la superficie, reduciendo la capacidad de que el calor se mueva del mar al aire. Esto a su vez reduce la convección y el flujo de retorno profundo de la región. La capa de hielo del verano del Ártico ha experimentado un retroceso dramático desde que comenzaron los registros satelitales en 1979, lo que equivale a una pérdida de casi el 30% de la capa de hielo de septiembre en 39 años. Las simulaciones de modelos climáticos sugieren que la pérdida rápida y sostenida de hielo del Ártico en septiembre es probable en las proyecciones climáticas futuras del siglo XXI.

Convección y arrastre en el Mar de Labrador

El LSW característicamente fresco se forma a profundidades intermedias por convección profunda en el Mar de Labrador central, particularmente durante las tormentas invernales. Esta convección no es lo suficientemente profunda para penetrar en la capa NSOW que forma las aguas profundas del Mar de Labrador. LSW se une a NSOW para moverse hacia el sur fuera del Mar de Labrador: mientras que NSOW pasa fácilmente por debajo del NAC en la esquina noroeste, se retiene algo de LSW. Este desvío y retención por parte del SPG explica su presencia y arrastre cerca de los desbordamientos de GSR (Groenlandia-Escocia). Sin embargo, la mayor parte del LSW desviado se divide antes de la CGFZ (Zona de fractura de Charlie-Gibbs) y permanece en el SPG occidental. La producción de LSW depende en gran medida del flujo de calor del aire del mar y la producción anual suele oscilar entre 3 y 9 Sv. La ISOW se produce en proporción al gradiente de densidad a lo largo de la cordillera de Islandia-Escocia y, como tal, es sensible a la producción de LSW que afecta la densidad aguas abajo. De manera más indirecta, el aumento de la producción de LSW se asocia con un SPG reforzado y se supone que está anticorrelacionado con ISOW Esta interacción confunde cualquier extensión simple de una reducción de las aguas de desbordamiento individuales a una reducción de AMOC. Se entiende que la producción de LSW fue mínima antes del evento 8.2 ka, y se cree que el SPG existió antes en un estado debilitado no convectivo.

Surgencia atlántica

Por razones de conservación de la masa , el sistema oceánico global debe aflorar un volumen de agua igual al que fluye hacia abajo. La surgencia en el Atlántico se produce principalmente debido a mecanismos de afloramiento costero y ecuatorial.

El afloramiento costero se produce como resultado del transporte de Ekman a lo largo de la interfaz entre la tierra y una corriente impulsada por el viento. En el Atlántico, esto ocurre particularmente en torno a la Corriente de Canarias y la Corriente de Benguela . La surgencia en estas dos regiones se ha modelado para que sea en antifase, un efecto conocido como "sube y baja".

El afloramiento ecuatorial generalmente ocurre debido al forzamiento atmosférico y la divergencia debido a la dirección opuesta de la fuerza de Coriolis a ambos lados del ecuador. El Atlántico presenta mecanismos más complejos como la migración de la termoclina , particularmente en el Atlántico oriental.

Surgencia del Océano Austral

Las aguas profundas del Atlántico norte se encuentran principalmente en el extremo sur del transecto atlántico, en el Océano Austral . Este afloramiento comprende la mayoría de los afloramientos normalmente asociados con AMOC y lo vincula con la circulación global. A escala global, las observaciones sugieren el 80% de los afloramientos de aguas profundas en el Océano Austral.

Esta surgencia aporta grandes cantidades de nutrientes a la superficie, lo que favorece la actividad biológica. El suministro superficial de nutrientes es fundamental para el funcionamiento del océano como sumidero de carbono en escalas de tiempo prolongadas. Además, el agua aflorada tiene bajas concentraciones de carbono disuelto, ya que el agua tiene típicamente 1000 años y no ha sido sensible a los aumentos antropogénicos de CO2 en la atmósfera. Debido a su baja concentración de carbono, este afloramiento funciona como sumidero de carbono. La variabilidad en el sumidero de carbono durante el período de observación se ha estudiado y debatido de cerca. Se entiende que el tamaño del fregadero disminuyó hasta 2002 y luego aumentó hasta 2012.

Después de la surgencia, se entiende que el agua toma una de dos vías: el agua que aflora cerca del hielo marino generalmente forma un agua de fondo densa y está comprometida con la celda inferior de AMOC; el agua que aflora en latitudes más bajas se mueve más hacia el norte debido al transporte de Ekman y está comprometida con la celda superior.

Estabilidad AMOC

El vuelco del Atlántico no es una característica estática de la circulación global, sino más bien una función sensible de las distribuciones de temperatura y salinidad, así como de los forzamientos atmosféricos. Las reconstrucciones paleoceanográficas del vigor y la configuración de AMOC han revelado variaciones significativas a lo largo del tiempo geológico que complementan la variación observada en escalas más cortas.

Las reconstrucciones de un modo de "cierre" o "Heinrich" del Atlántico Norte han alimentado las preocupaciones sobre un colapso futuro de la circulación volcada debido al cambio climático global. Si bien el IPCC describe esta posibilidad como "poco probable" para el siglo XXI, un veredicto de una sola palabra oculta un debate significativo y la incertidumbre sobre la perspectiva. La física de un cierre estaría respaldada por la Bifurcación de Stommel, donde un mayor forzamiento de agua dulce o aguas superficiales más cálidas conducirían a una reducción repentina en el vuelco de la cual el forzamiento debe reducirse sustancialmente antes de que sea posible reiniciar.

Un cierre de AMOC sería impulsado por dos retroalimentaciones positivas, la acumulación de agua dulce y calor en áreas de aguas abajo. AMOC exporta agua dulce del Atlántico Norte, y una reducción en el vuelco refrescaría las aguas e inhibiría el afloramiento. Similar a su exportación de agua dulce, AMOC también divide el calor en las profundidades del océano en un régimen de calentamiento global; es posible que un AMOC debilitado conduzca a un aumento de las temperaturas globales y una mayor estratificación y desaceleración. Sin embargo, este efecto se vería atenuado por una reducción concomitante en el transporte de agua caliente al Atlántico Norte bajo un AMOC debilitado, una retroalimentación negativa sobre el sistema.

Además de la reconstrucción paleoceanográfica, se ha investigado el mecanismo y la probabilidad de colapso utilizando modelos climáticos. Los modelos terrestres de complejidad intermedia (EMIC) han predicho históricamente que un AMOC moderno tendrá equilibrios múltiples, caracterizados como modos cálido, frío y apagado. Esto contrasta con los modelos más completos, que se inclinan hacia un AMOC estable caracterizado por un equilibrio único. Sin embargo, se pone en duda esta estabilidad por un flujo de agua dulce modelado hacia el norte que está en desacuerdo con las observaciones. Un flujo no físico hacia el norte en los modelos actúa como una retroalimentación negativa sobre el vuelco y sesga falsamente hacia la estabilidad.

Para complicar el problema de las retroalimentaciones positivas y negativas sobre la temperatura y la salinidad, el componente de AMOC impulsado por el viento todavía no está completamente restringido. Un papel relativamente mayor del forzamiento atmosférico conduciría a una menor dependencia de los factores termohalinos enumerados anteriormente y haría que AMOC sea menos vulnerable a los cambios de temperatura y salinidad bajo el calentamiento global.

Si bien el IPCC considera "improbable" un cierre, un debilitamiento durante el siglo XXI se considera "muy probable" y se han observado debilitamientos previos en varios registros. La causa del debilitamiento futuro de los modelos es una combinación de renovación de la superficie debido a los cambios en los patrones de precipitación en el Atlántico Norte y el derretimiento de los glaciares, y el calentamiento inducido por gases de efecto invernadero debido al aumento del forzamiento radiativo. Un modelo sugiere que un aumento de 1,2 grados en el polo muy probablemente debilitaría AMOC.

Ver también

Referencias

  1. ^ a b c Buckley, Martha W. y John Marshall. "Observaciones, inferencias y mecanismos de la circulación de vuelco meridional del Atlántico: una revisión". Reseñas de Geofísica 54.1 (2016): 5-63.
  2. ^ Goddard, Paul B., et al. "Un evento extremo de aumento del nivel del mar a lo largo de la costa noreste de América del Norte en 2009-2010". Nature Communications 6 (2015): 6346.
  3. ↑ a b c Boers, Niklas (agosto de 2021). "Señales de alerta temprana basadas en la observación para un colapso de la circulación de vuelco meridional del Atlántico" . Naturaleza Cambio Climático . 11 (8): 680–688. doi : 10.1038 / s41558-021-01097-4 . S2CID  236930519 . Consultado el 5 de agosto de 2021 .
  4. ^ Bryden, Harry L. y Shiro Imawaki. "Transporte de calor oceánico". Geofísica internacional. Vol. 77. Academic Press, 2001. 455–474.
  5. ^ Rossby, T. "La corriente del Atlántico norte y aguas circundantes: en la encrucijada". Reseñas de Geophysics 34.4 (1996): 463–481.
  6. ^ Seager, Richard. "La fuente del clima templado de Europa: la noción de que la Corriente del Golfo es responsable de mantener una Europa anormalmente cálida resulta ser un mito". American Scientist 94.4 (2006): 334–341.
  7. ^ Rhines, Peter, Sirpa Häkkinen y Simon A. Josey. "¿Es el transporte de calor oceánico significativo en el sistema climático ?." Flujos del océano Ártico-subártico. Springer, Dordrecht, 2008. 87-109.
  8. ^ a b Chen, Xianyao y Ka-Kit Tung. "Calentamiento global de la superficie reforzado por una débil circulación del Atlántico que invierte". Naturaleza 559.7714 (2018): 387.
  9. ↑ a b c Morrison, Adele K., Thomas L. Frölicher y Jorge L. Sarmiento. "Surgencia en el." La física hoy 68.1 (2015): 27.
  10. ^ Gruber, Nicolas, Charles D. Keeling y Nicholas R. Bates. "Variabilidad interanual en el sumidero de carbono del Océano Atlántico Norte". Science 298.5602 (2002): 2374–2378.
  11. ^ a b Thornalley, David JR, et al. "Convección del Mar de Labrador anormalmente débil y vuelco del Atlántico durante los últimos 150 años". Naturaleza 556.7700 (2018): 227.
  12. ^ César, Levke, et al. "Huella digital observada de un debilitamiento del Océano Atlántico que invierte la circulación". Naturaleza 556.7700 (2018): 191.
  13. ^ Smeed, David, et al. "El Océano Atlántico Norte se encuentra en un estado de vuelco reducido". Cartas de investigación geofísica 45.3 (2018): 1527-1533.
  14. ↑ a b c Harvey, Fiona (26 de febrero de 2021). "La circulación del Océano Atlántico es más débil en un milenio, dicen los científicos" . The Guardian . Consultado el 27 de febrero de 2021 .
  15. ^ a b c Srokosz, MA y HL Bryden. "Observar el vuelco de la circulación meridional del Atlántico produce una década de sorpresas inevitables". Ciencia 348.6241 (2015): 1255575.
  16. ^ Roberts, CD, L. Jackson y D. McNeall. "¿Es significativa la reducción de 2004-2012 de la circulación de vuelco meridional del Atlántico?" Cartas de investigación geofísica 41.9 (2014): 3204–3210.
  17. ^ Fischer, Jürgen y col. "Variabilidad interanual a decenal del flujo de salida del Mar de Labrador". Cartas de investigación geofísica 37.24 (2010).
  18. ^ César, L., McCarthy, GD, Thornalley, DJR et al. "Circulación de vuelco meridional atlántico actual más débil en el último milenio". Nat. Geosci . 14, 118-120 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00699-z
  19. ^ "Explicación: nueve 'puntos de inflexión' que podrían ser provocados por el cambio climático" . Carbon Brief . 2020-02-10 . Consultado el 4 de septiembre de 2021 .
  20. ^ a b Marshall, John y Friedrich Schott. "Convección en mar abierto: observaciones, teoría y modelos". Reseñas de Geophysics 37.1 (1999): 1-64.
  21. ^ Yashayaev, Igor y John W. Loder. "Aumento de la producción de agua de mar de Labrador en 2008". Cartas de investigación geofísica 36.1 (2009).
  22. ^ Rhein, Monika , et al. "Formación de aguas profundas, giro subpolar y circulación de vuelco meridional en el Atlántico norte subpolar". Investigación en aguas profundas Parte II: Estudios tópicos en oceanografía 58.17 (2011): 1819–1832.
  23. ^ Whitehead, JA "Control topográfico de los flujos oceánicos en pasos profundos y estrechos". Reseñas de Geophysics 36.3 (1998): 423–440.
  24. ^ Hansen, Bogi, William R. Turrell y Svein Østerhus. "Disminución del desbordamiento de los mares nórdicos hacia el Océano Atlántico a través del canal de Faroe Bank desde 1950". Nature 411.6840 (2001): 927.
  25. ^ Hakkinen, Sirpa y Peter B. Rhines. "Corrientes de superficie cambiantes en el norte del Océano Atlántico Norte". Revista de Investigación Geofísica: Océanos 114.C4 (2009).
  26. ^ Boessenkool, KP, et al. "El clima del Atlántico norte y la velocidad del flujo de los océanos profundos han cambiado durante los últimos 230 años". Cartas de investigación geofísica 34.13 (2007).
  27. ^ Moffa-Sánchez, Paola e Ian R. Hall. "La variabilidad del Atlántico norte y sus vínculos con el clima europeo durante los últimos 3000 años". Comunicaciones sobre la naturaleza 8.1 (2017): 1726.
  28. ^ Hillaire-Marcel, C., et al. "Ausencia de formación de aguas profundas en el Mar de Labrador durante el último período interglacial". Nature 410.6832 (2001): 1073.
  29. ^ Nacido, Andreas y Anders Levermann. "El evento 8.2 ka: transición abrupta del giro subpolar hacia una circulación moderna del Atlántico Norte". Geoquímica, Geofísica, Geosistemas 11.6 (2010).
  30. ^ Prange, M. y M. Schulz. "Un balancín de surgencia costera en el Océano Atlántico como resultado del cierre de la vía marítima centroamericana". Cartas de investigación geofísica 31.17 (2004).
  31. ^ Wang, Li-Chiao, et al. "Dinámica del ciclo anual de surgencia en el Océano Atlántico ecuatorial". Cartas de investigación geofísica 44.8 (2017): 3737–3743.
  32. ^ Talley, Lynne D. "Cierre de la circulación de vuelco global a través de los océanos Índico, Pacífico y Austral: esquemas y transportes". Oceanografía 26.1 (2013): 80–97.
  33. ^ DeVries, Tim y François Primeau. "Estimaciones limitadas dinámica y observacionalmente de las distribuciones y edades de la masa de agua en el océano global". Revista de Oceanografía Física 41.12 (2011): 2381-2401.
  34. ^ Mikaloff-Fletcher, SE "¿Un sumidero de carbono en aumento ?." Science 349.6253 (2015): 1165-1165.
  35. ^ Landschützer, Peter y col. "La revitalización del sumidero de carbono del Océano Austral". Science 349.6253 (2015): 1221-1224.
  36. ^ Marshall, John y Kevin Speer. "Cierre de la circulación de vuelco meridional a través de la surgencia del Océano Austral". Nature Geoscience 5.3 (2012): 171.
  37. ^ dos Santos, Raquel A. Lopes, et al. "Variabilidad glacial-interglacial en la circulación de vuelco meridional del Atlántico y ajustes de termoclina en el Atlántico norte tropical". Earth and Planetary Science Letters 300.3–4 (2010): 407–414.
  38. ^ Bond, Gerard y col. "Influencia solar persistente en el clima del Atlántico Norte durante el Holoceno". Science 294.5549 (2001): 2130–2136.
  39. ^ Ninnemann, Ulysses S. y David JR Thornalley. "La reciente variabilidad natural de Islandia Escocia se desborda en escalas de tiempo decenales a milenarias: pistas del cieno". Variaciones US CLIVAR 14.3 (2016): 1–8.
  40. ^ a b Liu, Wei, et al. "Posibilidad pasada por alto de una Circulación Derrumbadora Meridional del Atlántico colapsada en un clima cálido". Avances científicos 3.1 (2017): e1601666.
  41. ^ Stommel, Henry. "Convección termohalina con dos regímenes estables de flujo". Tellus 13.2 (1961): 224-230.
  42. ^ Dijkstra, Henk A. "Caracterización del régimen de equilibrios múltiples en un modelo oceánico global". Tellus A: Meteorología dinámica y oceanografía 59.5 (2007): 695–705.
  43. ^ Rahmstorf, S. (2002). Circulación oceánica y clima durante los últimos 120.000 años. Naturaleza, 419 (6903): 207
  44. ^ Drijfhout, Sybren S., Susanne L. Weber y Eric van der Swaluw. "La estabilidad del MOC según lo diagnosticado a partir de proyecciones de modelos para climas preindustriales, presentes y futuros". Climate Dynamics 37.7–8 (2011): 1575–1586.
  45. ^ Hofmann, Matthias y Stefan Rahmstorf. "Sobre la estabilidad de la circulación de vuelco meridional del Atlántico". Actas de la Academia Nacional de Ciencias (2009): pnas-0909146106.
  46. ^ Чумаков, Валерий (Chumakov, Valery) (24 de diciembre de 2020). "Ученый предсказал возникновение Сибирского моря. Кого затопит" [El científico predijo la aparición del mar de Siberia. ¿Quién se verá inundado?]. «В мире науки» (en ruso) . Consultado el 5 de enero de 2021 .

enlaces externos