Katastroffilmen "The Day After Tomorrow" från 2004 skildrade de katastrofala effekterna - superstormar, tornados och djupfrysningar – till följd av klimatförändringarnas effekter. I filmen, den globala uppvärmningen hade påskyndat smältningen av polarisen, som störde cirkulationen i Nordatlanten, utlöser våldsamma förändringar i vädret. Forskare puh-puhhade de hemska scenarierna i filmen, men bekräftade att klimatförändringar verkligen kan påverka havscirkulationen - skulle det kunna stänga av Golfströmmen?

De många havsströmmar och vindsystem som flyttar värme från ekvatorn norrut mot polerna och sedan transporterar det kalla vattnet tillbaka mot ekvatorn utgör den termohalina cirkulationen. (Termo hänvisar till temperatur medan halin anger saltinnehåll; båda faktorerna bestämmer havsvattnets täthet.) Det kallas också Great Ocean Conveyor, en term som myntades 1987 av Wallace Broecker, Newberry professor i geologi vid institutionen för jord- och miljövetenskap vid Columbia University och en vetenskapsman vid Lamont-Doherty Earth Observatory. Broecker teoretiserade att förändringar i den termohalina cirkulationen utlöste dramatiska förändringar i Nordatlanten under den senaste istiden.

På de höga breddgraderna, det kalla vattnet på havets yta blir saltare när en del vatten avdunstar och/eller salt sprutas ut vid bildandet av havsis. Eftersom saltare och kallare vatten är tätare och därmed tyngre, det faller djupt ner i havet och rör sig längs djupet tills det kan stiga till ytan nära ekvatorn, vanligtvis i Stilla havet och Indiska oceanen. Värme från solen värmer sedan upp det kalla vattnet vid ytan, och avdunstning gör vattnet saltare. Det varma salta vattnet förs sedan norrut; den ansluter sig till golfströmmen, en stor kraftfull havsström som också drivs av vindar. Det varma salta vattnet färdas uppför den amerikanska östkusten, korsar sedan in i den nordatlantiska regionen där den släpper ut värme och värmer Västeuropa. När vattnet släpper ut sin värme och når Nordatlanten, det blir väldigt kallt och tätt igen, och sjunker till det djupa havet. Cykeln fortsätter. Den termohalina cirkulationen spelar en nyckelroll för att bestämma klimatet i olika delar av jorden.

Atlantic Meridional vältande cirkulation, en del av den termohalina cirkulationen som inkluderar Golfströmmen, är havscirkulationen som transporterar värme norrut från tropikerna och södra halvklotet tills den förlorar den i norra Nordatlanten, Nordiska havet och Labradorhavet, vilket leder till att det kallare vattnet sjunker djupt.

Eftersom den termohalina cirkulationen huvudsakligen drivs av skillnader i vattnets densitet, det beror på det kalla täta vattnet som sjunker ner i de djupa haven. Global uppvärmning kan påverka detta genom att värma ytvatten och smälta is som tillför färskvatten till cirkulationen, gör vattnet mindre salthaltigt; denna uppfräschning av vattnet kan förhindra att det kalla vattnet sjunker och därmed förändra havsströmmarna.

När planeten värms upp, mer och mer färskvatten kommer in i systemet. 2016, utbredningen av Grönlands smältande havsis satte ett nytt rekordlågtal. den maj, Arktis förlorade omkring 23, 600 kvadratkilometer is dagligen, jämfört med den långsiktiga genomsnittliga förlusten på 18, 000 kvadratkilometer per dag. En studie av Marco Tedesco, en forskningsprofessor vid Lamont-Doherty, specialiserad på Grönland, och kollegor föreslog att en minskning av temperaturskillnaden mellan de polära och tempererade områdena (Arktis värms dubbelt så snabbt som resten av planeten) drog jetströmmen av luftströmmar norrut. Den varma fuktiga luften svävade över Grönland, orsakar att rekordet smälter.

Så här långt i år, Tedesco sa, "Smältningen på Grönland är inom medelvärdet, men det är fortfarande över genomsnittet av vad som hände för 20 år sedan...Snösmältningen från Sibirien har också smält tidigare, det har kommit mer sötvatten från Grönland, det finns mer färskvatten från havsisen i Ishavet och mer färskvatten från norra Kanada som har smält i allt högre takt. Alla dessa faktorer pekar i riktning mot att öka sötvattenutsläppet i den nordatlantiska delen av Arktis. Det kommer med stor sannolikhet att ha en inverkan."

Förutom att värmande temperaturer accelererar Grönlands smältning, snön och isen förmörkas av svart kol, (minskar deras reflektionsförmåga och värmer snön), och vindblåsta alger och bakterier som växer i hål i isen. "Mer biologisk aktivitet innebär mörkare ytor vilket i sin tur innebär mer smältning, ", sa Tedesco. "Men jag tror att det fortfarande inte finns tillräckligt med kunskap för att korrekt projicera [vilka effekterna kan bli]...Vi vet att det finns en påverkan och det är viktigt att kvantifiera den effekten eftersom vi behöver veta vilka processer vi behöver för att överväga att göra korrekta prognoser."

En studie från 2015 antog att färskvatten, som ökade i norra Atlanten med mer än 4, 500 kubikmil (19, 000 km3) mellan 1961 och 1995, försvagade djupvattenbildningen av Atlantic Meridional Overturning Circulation, särskilt efter 1975. Upplagan har avtagit mellan 15 och 20 procent under 1900-talet, en anomali utan motstycke under det senaste årtusendet, vilket tyder på att det inte beror på naturlig variation. Forskarna antog att detta kunde förklara varför, under 2014, en specifik fläck mitt i Nordatlanten var den kallaste någonsin sedan 1880 medan den globala temperaturen överallt ökade. Studien antydde att den ovanliga kylningen av denna region kan bero på en försvagning av den globala transportören som redan inträffar. (Det verkar ha gjort en delvis återhämtning sedan 1990.)

Michael Mann, Erkänd professor i atmosfärisk vetenskap vid Penn State University, en av studiens författare, noterade att om Atlantic Meridional Overturning Circulation skulle kollapsa totalt under de närmaste decennierna, det skulle förändra havets cirkulationsmönster, påverka näringskedjan, och påverkar fiskpopulationer negativt. Vi skulle inte återvända till mycket kalla förhållanden, dock, eftersom haven har tagit upp så mycket värme.

En annan studie från 2015 som modellerade en hypotetisk avmattning eller kollaps av Atlantic Meridional Overturning Circulation drog slutsatsen att en kollaps kan resultera i utbredd avkylning i hela Nordatlanten och Europa (även om detta skulle mildras något av global uppvärmning). ökad havsis i Nordatlanten, förändringar i tropiska nederbördsmönster, starkare nordatlantiska stormar, minskad nederbörd och flodflöde samt minskad grödas produktivitet i Europa. Dessa effekter skulle påverka många regioner runt om i världen.

Havsnivån skulle också påverkas. För närvarande är havsnivåerna lägre på den amerikanska östkusten eftersom vattnet öster om Golfströmmen, närmare Europa, är varmare och expanderar, så havsnivåerna där är högre. Om golfströmmen försvagas, temperaturskillnaden mellan de två sidorna minskas, så havsnivån kommer att stiga väster om Golfströmmen längs USA:s östkust och Nordatlanten. Faktiskt, Havsnivåerna längs kusten och Mexikanska golfen stiger snabbare än i någon annan del av USA, och vissa data tyder på att det beror på att golfströmmen redan har börjat sakta ner. Annan forskning tillskrev ett hopp i havsnivåhöjningen från New York till Newfoundland från 2009 till 2010 till att Atlantic Meridional Overturning Circulation saktade ner 30 procent under samma period, samt ovanliga vindströmmar som pressade havsvatten mot kusten.

Alla forskare är inte överens om att den atlantiska Meridionala vältande cirkulationen saktar ner eller att om den är det, Fenomenet orsakas av mänskligt inducerad global uppvärmning. En studie från 2016 antydde att även om en hel del sötvatten har släppts ut från Grönland, det är svårt att spåra vad som händer med den på grund av virvlar och strömmar. Denna forskning drog slutsatsen att det mesta av Grönlands smältvatten rör sig söderut, och det som återstår av sötvattnet är inte tillräckligt för att påverka Atlantic Meridional vältande cirkulation. Forskarna erkände, dock, att den pågående snabba smältningen av Grönland och ökningen av sötvatten så småningom kan påverka det.

Summan av kardemumman är att termohalinecirkulationen är ett mycket komplext system och forskarna förstår ännu inte alla variabler som är involverade i hur det fungerar. Det pågår en debatt om varför Atlantic Meridional Overturning Circulation har försvagats och hur mycket som beror på effekterna av mänsklig aktivitet på klimatet.

I jordens förflutna, Forskare har sett bevis på stora tillförsel av sötvatten till Nordatlanten från smältande glaciärer och iskappor samt förändringar i den termohalina cirkulationen under övergångar in och ut från glaciärperioder. Global uppvärmning kan potentiellt orsaka en termohalin cirkulationsavstängning och efterföljande regional kylning, men eftersom jorden kommer att fortsätta att värmas till följd av utsläpp av växthusgaser, det skulle inte producera en annan istid. Om termohalincirkulationen stängs av, kylning skulle sannolikt endast ske i regioner som för närvarande värms upp av havstransportören. Och även om termohalincirkulationen stängdes av, vindar skulle fortfarande sannolikt driva Golfströmmen; dock, det skulle finnas mindre varmt vatten från tropikerna och Golfströmmen kunde bli svalare och inte nå så långt norrut.

Den femte utvärderingsrapporten från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar säger, "...den Atlantiska Meridionala vältande cirkulationen förväntas i allmänhet försvagas under nästa århundrade som svar på ökade utsläpp av växthusgaser till atmosfären... Sammantaget, det är troligt att det kommer att finnas en viss nedgång i AMOC till 2050, men årtionden under vilka AMOC-ökningarna också kan förväntas."

Enligt Broecker, även om omorganisationer av havscirkulationen är kärnan i det som hände tidigare, vi kan inte säga vad sannolikheten är att uppvärmningen på grund av växthusgaser kommer att utlösa ännu en stor och abrupt förändring. Men om det skulle inträffa, konsekvenserna skulle bli mycket mindre allvarliga eftersom, förr, stora befintliga vidder av havsis var betydande aktörer för att kyla planeten. "En transportörsavstängning är inte trolig, sade Broecker. Men om det hände, det skulle vara tio gånger mindre dramatiskt och viktigt än vad som hände under istiden när det orsakade en temperaturförändring på 10˚C."

"Vi övervakar styrkan på djupt vatten som går söderut, ", sa han. "Och vi hittar stora säsongsförändringar och mellanåriga förändringar... Det är ett komplicerat system och vi kan inte göra några förutsägelser."

"Det viktiga är att bättre förstå vad som händer, när det händer och vad de potentiella konsekvenserna kommer att bli, ", sade Tedesco. "Vår prioritet är att bättre uppskatta beteendet i Arktis och dess kopplingar till den tempererade delen av planeten på kort och lång sikt... Frågan är inte om saker och ting kommer att förändras, grejen är hur snabbt och när de kommer att förändras, och vilka förändringar vi kommer att se. Det finns förändringar på lokal skala som sker på en mycket kortare tidsram, och förändringar på lång sikt som kan innefatta avstängning av havscirkulationen. Vi måste förstå processerna för att korrekt bygga modellerna [för att göra prognoser]."

Den här historien är återpublicerad med tillstånd av Earth Institute, Columbia University:blogs.ei.columbia.edu .