Oceány a jejich cirkulace

*Vítejte v Severní tichomořské odpadkové skvrně, největší lidské skládce odpadků na světě. Severopacifická odpadková skvrna, která se rozprostírá po celém Tichém oceánu, je ve skutečnosti spíše sérií odpadkových vírů a je nejvýznamnější dovolenkovou destinací pro plasty, chemické kaly a dřevní hmotu.  Určit její velikost je obtížné, protože se neustále pohybuje a většinou se jedná o polévku z drobných mikroplastů, nikoli o ostrov z nákupních tašek a brček na pití. Někteří vědci však odhadují, že jeho rozloha je přibližně 700 000 km2, což je zhruba velikost Texasu. ve skutečnosti je to jedna z pěti obřích sbírek odpadků, které kolují v oceánech po celé Zemi.  Pokud jste někdy trávili čas na plážích, možná jste si všimli plastových odpadků, jako jsou láhve od vody a hračky, ale je tu i spousta téměř neviditelného smetí, jako jsou malé korálky nebo drobné třísky. Každá pláž na světě je takto znečištěná plasty, protože se odpadky pohybují z vnitrozemí do oceánu a pak se zachytí v oceánských proudech.  Ať už žijete na pobřeží, nebo ne, každý z nás je napojen na globální oceánské proudy, v nichž cirkuluje obrovské množství energie... a odpadků.  Jmenuji se Alizé Carrère a vysílám pořad Crash Course Geography.*

Nějakým způsobem se na pláži v Kalifornii může objevit odpad z podmořského chomáče odpadků vzdáleného 2500 námořních mil východně od Havaje. To je tak daleko, že jedno smítko plastu nebo dokonce celá láhev vody [- s tajným vzkazem nebo bez něj -] urazí tak dlouhou cestu. Aby se tam dostala, začíná vše větrem.  V minulém díle jsme zkoumali, jak se horizontální pohyb vzduchu, zvaný vítr, pohybuje předvídatelnými směry a vytváří obecné vzorce globální cirkulace. V oceánech nazýváme horizontální pohyb vody oceánským prouděním.  Stejně jako větry jsou i oceánské proudy v podstatě řeky energie, které se pohybují trvalým a předvídatelným směrem. Stejně jako větry jsou i oceánské proudy poháněny rozdíly v hustotě a tlaku.  Ve vzduchu jsou změny hustoty a tlaku způsobeny rozdíly v množství slunečního záření, které dopadá na různé části atmosféry.

Voda v oceánech se také ohřívá vlivem slunečního záření. Vzhledem k tomu, kolik přímého slunečního záření na ni dopadá, absorbuje voda blíže k rovníku více tepelné energie než voda ve vyšších zeměpisných šířkách.  To způsobuje rozdíly v hustotě oceánu, protože - stejně jako vzduch - teplá voda má menší hustotu než studená. Při zahřívání se molekuly v podstatě rády rozprostírají. Hustotu vody ovlivňuje také salinita neboli obsah soli ve vodě. Slanější voda má větší hustotu než méně slaná, protože se v ní pohybuje více molekul soli a vody. Teplejší voda v oceánu se rozpíná stejně jako vzduch, ale protože se nemůže rozpínat do stran - protože tam už je voda - rozpíná se nahoru a jen mírně zvedá hladinu jako kopec. A studenější nebo slanější voda se smršťuje a snižuje hladinu do prohlubně. Takže povrch oceánu není dokonale plochý. Obsahuje výškové anomálie mořské hladiny.  "Kopec" vody vyvíjí dodatečný tlak ve srovnání s poklesem výšky mořské hladiny. A obecně platí, že cokoli se nachází v oblasti vysokého tlaku - ať už je to vzduch, voda nebo žák ve stresující třídě - se chce přesunout do oblasti nízkého tlaku. Tyto tlakové gradienty tedy nutí vodu proudit kolem zeměkoule. Technicky vzato je to všechno jedna a tatáž voda, ale jsou vymezeny samostatné proudy, protože se důsledně pohybují stejným způsobem, něco jako různé vodní dálnice. Ve skutečnosti existuje nejméně 30 hlavních pojmenovaných povrchových proudů a desítky dalších menších proudů, které přepravují vodu z oceánů po celé zeměkouli. Pokud by tedy naše odpadky našly cestu na správné místo, mohly by procestovat celý svět! Můžeme udělat spoustu srovnání mezi oceánskými proudy a větrnými proudy, ale povrchové proudy jsou také poháněny silnými a stálými proudy větru. Energie se přenáší z větrů do vody třením, když vzduch fouká přes hladinu.

Například větry, které vznikají v subtropických oblastech vysokého tlaku kolem 30 stupňů zeměpisné šířky, také pomáhají vytvářet oceánské proudy, které zde cirkulují ve vzorcích zvaných gyry.  Ale i když oceánské proudy obecně sledují větry, nejsou jejich zrcadlovým obrazem. Oceánské proudy narážejí na obrovské překážky, přes které vzduch vane: kontinenty a velké pevniny.  Tyto překážky dávají proudům nepravidelný tvar, zejména v místech, jako je Indický oceán, Severní ledový oceán a severní Atlantik, kde je hodně pevniny.  Proudy jsou také zakřivovány Coriolisovým efektem, stejně jako všechny tekutiny na zemském povrchu. Nezapomeňte, že Země rotuje nejrychleji na rovníku a pomaleji, jak se pohybujeme směrem k pólům. Pokud se tedy něco, co není přímo spojeno s pevninou, pohybuje na sever nebo na jih, změna hybnosti způsobí, že se jeho dráha ohne.  Coriolisův jev může ve skutečnosti vychýlit některé povrchové proudy v závislosti na tom, kde se na zeměkouli nacházejí. Například když se proudy vzdalují od rovníku,

Coriolisův efekt sílí, protože rychlost rotace Země se rychle zpomaluje a může rozbít proudy do řetězců mnoha kruhových vírů neboli vírů. Ty se zmenšují tím více, čím více se blížíte k pólům, protože Coriolisův efekt ohýbá proudy stále těsněji.  Jak se pak Země otáčí rychleji směrem k rovníku, Coriolisův efekt slábne, až přesně na rovníku v podstatě neexistuje. Rovníkové proudy tedy nejsou vychýleny doprava ani doleva - voda může jednoduše proudit přímým směrem tlačená větry.  Pokud se tedy podíváme na mapu cirkulace, zjistíme, že většina povrchových proudů, které tvoří gyry, neprotíná rovník, ale proudí podél něj vodorovně. Pak je to kombinace sil větrů a Coriolisova jevu, která způsobuje, že gyry proudí ve směru hodinových ručiček na severní polokouli a proti směru hodinových ručiček na jižní polokouli.  Vraťme se však k myšlence, že oceánské proudy nejenže narážejí na věci jako pevnina, ale mohou také přenášet více věcí než vítr. Možná jsou dálnicí pro migraci úhořů nebo hrají roli při cestě lahve s vodou z regálu obchodu do Severní pacifické odpadkové skvrny. V určitém okamžiku se tato láhev zachytila v severním pacifickém gyru, což jsou vlastně čtyři proudy, které sledují, jak se vzduch pohybuje kolem severní subtropické oblasti vysokého tlaku.

Řekněme, že naše láhev s vodou spadla do městské dešťové kanalizace na Havaji, která se spláchla do Tichého oceánu.  Od rovníku pasáty ženou vodu na západ v proudění zvaném rovníkový proud. Ten odnáší naši láhev s vodou k východnímu pobřeží Asie, kde se teplé vody hromadí u pevniny. Teplé, energeticky bohaté vody se tak odklánějí směrem k severnímu pólu, kam je tlačí tlakové gradienty i Coriolisův efekt, které se vzájemně vyrovnávají. Vlévají se do Kurošio proudu, který se pohybuje na sever podél východního pobřeží Asie, kde by naše láhev mohla mávat na Filipíny a Japonsko... víte, kdyby měly láhve na vodu ruce. Jakmile proud dosáhne zeměpisné šířky západních větrů kolem 35 stupňů severní šířky, začne se více vlnit a spolu s naší lahví je tlačen na východ a odděluje se od pobřeží. Vzniká tak Severní tichomořský proud, který přináší teplé vody k jižnímu pobřeží Aljašky.  A pak, země ho! Nakonec naše láhev narazí na západní pobřeží Severní Ameriky a je odkloněna zpět k rovníku, přičemž se přesune z Britské Kolumbie v Kanadě na poloostrov Baja v Mexiku. Tento kalifornský proud je studený, protože uvolnil teplo, které zadržovala voda v rovníkovém proudu a proudu Kurošio.  Pokud se láhvi podaří udržet se v tomto proudu, mohla by plout těmito teplými a studenými proudy po celé roky, cestovat za jasných měsíčních nocí a drsných tajfunů.  Protože je naše láhev ze zpracovaného plastu, bakterie ji nepožírají. Vítr, vlny a sluneční světlo ji však rozložily na mikroskopické částečky, takže z ní zbyla jen kulička, která nakonec plave v Severní pacifické odpadkové skvrně.

Vzájemné působení větru a proudu je ve skutečnosti mnohem složitější než jen to, že vítr "tlačí" vodu, a je to oblast, které se oceánografové stále snaží porozumět. Geografové se zabývají tím, jak se věci pohybují po zeměkouli. Na světě je ve skutečnosti pět hlavních mořských vírů, včetně tohoto severního tichomořského, a každý z nich má svou vlastní oblast odpadků. Všechny se řídí podobnými zákonitostmi: teplé proudy přinášejí teplo a vlhkost na východní pobřeží kontinentu a studené proudy zmírňují teploty a mají vysušující účinek na západní pobřeží.  Cirkulace oceánů na jižní polokouli je podobná s tím rozdílem, že gyry proudí proti směru hodinových ručiček. A protože v oblasti 40 stupňů jižní šířky je velmi málo pevniny, obtéká Antarktický cirkumpolární proud neboli západní větrný drift Antarktidu jako studený proud téměř bez přerušení a bez přímé interakce s teplými rovníkovými vodami. Povrchové proudy obecně přesouvají teplé vody směrem k pólu a studené vody směrem k rovníku, takže jsou důležitými regionálními regulátory teploty vzduchu a navíc přesouvají vše, co se v oceánu ocitne, od hejn ryb až po kousky plastů!  Povrchové proudy však nepředstavují veškerý horizontální pohyb oceánu.

Abychom viděli zbytek, musíme se vydat do hloubky oceánu.  Hlubinné proudy se pohybují pomalejší rychlostí než povrchové proudy. Pohybují oceánskými vodami jednak horizontálně po dně světových oceánů, ale také vertikálně ode dna oceánu ke dnu povrchových proudů jako součást zemské termohalinní cirkulace.  Stejně jako povrchové proudy i hlubinné proudy proudí od vysokého tlaku k nízkému. I v těchto drtivých hloubkách jsou mírné rozdíly tlaku a hustoty způsobeny také změnami teploty a slanosti. Například čím více soli povrchová voda obsahuje, tím je hustší a tím spíše se potopí, jakmile dosáhne pólů. Na některých místech se tato voda potopí až do hloubky 2000 metrů, kam proudí hlubinné proudy. Kompletní oběh hlubokého proudu může trvat až 1000 let.  Přesto jsou hlubinné proudy pro pohyb živin po celém světě rozhodující. Například mnoho druhů rybolovu závisí na cyklickém vzestupu vody bohaté na živiny, která se z hlubinných proudů přesouvá do místních povrchových proudů.  Zatímco živiny uvolňované rozkladem u dna oceánu jsou vytahovány nahoru vzestupným prouděním, kyslík koluje z hladiny do hlubin, což udržuje tyto rozkladače a další hlubokomořské organismy zásobené kyslíkem pro dýchání.

Široká globální cirkulace hlubinných proudů je tedy jako obrovský dopravní pás oceánské vody, který přivádí teplo od rovníku k pólům, živiny ode dna k hladině a kyslík od hladiny ke dnu.  Mořské biotopy v blízkosti vzestupných proudů pokrývají jen asi 1 % pozemských oceánů, ale tvoří až 50 % celosvětové úrody ryb. Nejméně miliarda lidí je závislá na rybách jako na primárních bílkovinách, takže hlubokomořská cirkulace nejenže přesouvá energii po celém světě, ale také pomáhá vytvářet podmínky, které živí velkou část světa.  Ve vyšších polohách se dominantní větry a povrchové proudy podílejí na pohybu lidí po celé zeměkouli již tisíce let.  Spolu s pohybem lodí přišel i pohyb lidí a věcí, které považují za nejdůležitější. Materiální kulturu lidí můžeme pochopit podle odpadu, který v moři vytvořili.  Některé z těchto odpadků se dostanou do regionálních povrchových proudů, jako jsou gyry, ale některé zachytí menší místní proudy a vyplavou na pobřeží, aniž by procestovaly celý svět. Například na plážích se objevily celé hračky, od gumových kačenek přes draky LEGO až po telefony Garfield. Co mají všechny tyto věci společného? Inu, jak už jste asi vytušili, mořský odpad v 21. století tvoří převážně plasty.  Odhaduje se, že v oceánech se nachází 8 milionů tun plastových kousků a odpadků, u kterých neznáme původ, neboli nebodových zdrojů znečištění, ale jsou tam i větší odpadky.

Vezměte si třeba celého draka z LEGA - ten necestoval daleko. Pochází ze ztroskotaného přepravního kontejneru, který spadl do oceánu poté, co obrovská vlna, která se objeví jednou za 100 let, zasáhla nákladní loď, která ho převážela. Ve skutečnosti jsou to tisíce přepravních kontejnerů ročně, které spadnou z nákladních lodí kvůli nepříznivému počasí nebo jiným nehodám. Tato mapa ukazuje pohyb 50 000 lodí, které každý den přepravují zboží po celém světě. Podle některých odhadů se 90 % světového obchodu uskutečňuje na kontejnerových lodích křižujících oceány.  Při pohybu lodí však dochází k vypouštění znečištění ovzduší, které se pohybuje v globálních proudech cirkulace vzduchu v atmosféře, nebo k upouštění látek, které přispívají ke znečištění oceánů.  Tyto typy znečištění nelze spojit s konkrétní lodí, protože vzduch a voda překračují politické hranice.

 Ty plastové korálky a draci na pláži vlastně představují, jak jsme všichni propojeni globální cirkulací vzduchu a vody... a jak se odpadkové skvrny samy nevyčistí.  Naše globální ekonomiky závisí na oběhu zboží přepravovaného loděmi a místní ekonomiky závisí na oběhu živin, které vytvářejí bohatý rybolov, a to vše využívá spolehlivost oceánských proudů.  Kdo je tedy zodpovědný za čištění mezinárodních vod a jak vyvážit naše společenské potřeby s ochranou planety? Neexistují jednoduché odpovědi a možná nás čeká rozbouřené moře. Ve skutečnosti vidím na obzoru několik mraků...