Hele havet i tre bokser

I dyphavet var det knapt bevegelse i vannet. Det var vinden som drev havstrømmene ved overflaten, og uansett hvor mye det blåste, var det bare de øverste vannlagene som ble påvirket. Selv om teorier om dyphavsstrømmer hadde vært debattert allerede på 1870-tallet, var bildet av det stille dyphavet fortsatt lærebokpensum ved midten av det tjuende århundre. I 1961 reduserte den amerikanske oseanografen Henry Stommel havet til noen få ligninger og viste at folk tok feil.

Etter Stommels modell kan Nord-Atlanteren deles inn i en varm del i sør og de kalde nordiske hav i nord – et tankeeksperiment med to bokser, uten kystlinjer, undervannsrygger eller øyer. De nordiske hav er Norskehavet, Islandshavet og Grønlandshavet. Ved å beregne hvor varmt og hvor salt vannet er i hver boks, og hvor mye vann som flytter seg mellom boksene i overflaten og i dypet, har man en enkel modell av Atlanterhavet, helt uten vind.

I Nord-Atlanteren strømmer vann nordover i overflaten, før det synker til bunns i De nordiske hav og strømmer sørover igjen i dyphavet. Overflatestrømmen nordover er det vi tenker på som Golfstrømmen. Stommels beskrivelse av hvordan vannet på denne måten sirkulerer mellom varme og kalde områder var egentlig helt teoretisk, og det var finnen Clas Rooth som overførte den til Atlanterhavet i 1982.

Stommel og Rooth regnet seg frem til at sirkulasjonen ikke bare drives av vind, men også av endringer i vannets tetthet. Jo saltere og kaldere vannet er, jo tyngre blir det. Når det salte og varme Atlanterhavet sørfra strømmer nordover, blir det avkjølt og dermed tyngre. Derfor synker det, og mer vann strømmer nordover for å erstatte det vannet som har sunket. Det er nedsynkningen som er hoveddrivkraften i sløyfen.

Enkle svar på vanskelige spørsmål

Stommels modell er enkel. Den representerer ikke hele virkeligheten, men gjorde det mulig å svare på et stort spørsmål. Man kan se bort fra vinden, og likevel vil det være sirkulasjon i Nord-Atlanteren. Så lenge vann synker i nord, vil Golfstrømmen strømme nordover.

– Det vakre ved en slik teoretisk modell er at det er mulig å forstå fullt ut hvorfor havstrømmene i den oppfører seg slik de gjør, sier Erwin Lambert.

Lambert er doktorgradsstipendiat ved Geofysisk institutt ved Universitetet i Bergen og Bjerknessenteret og jobber med en boksmodell som bygger på Stommels modell. Han påpeker at både teoretiske modeller, som denne, og de store og mer detaljerte sirkulasjonsmodellene som ellers brukes til vær- og klimavarsling, bare representerer virkeligheten til en viss grad.

– Fordelen med teoretiske modeller er at vi vet, og faktisk velger, hva begrensningene skal være.

Klimaendring kompliserer

Enkle modeller gjør det lettere å se effekten av endringer. Som Stommel, kan Lambert velge å la vannet i nord være mindre salt og beregne hvordan havstrømmene reagerer på ferskere vann. Det er akkurat det man venter å få ved global oppvarming.

I en varmere verden vil det regne og snø mer i nordområdene, sjøis og breer vil smelte, og alt dette vil gjøre vannet i De nordiske hav ferskere. Det salte Atlanterhavsvannet som strømmer inn sørfra vil blande seg med ferskvannet, det vil ikke bli like tungt som før, og dermed ikke synke i like stor grad som før. Ifølge Stommels modell vil dette redusere sirkulasjonen i Atlanterhavet, og dette er bakgrunnen for teorier om at den nordlige forlengelsen av Golfstrømmen vil kunne svekkes ved global oppvarming.

Fullt så enkel er verden likevel ikke.

– Dette er to tredjedeler av vannet, men bare halve historien, sier Erwin Lambert.

Det mangler en boks.

De nordiske hav er ingen blindvei

To tredjedeler av vannet som kommer inn i De nordiske hav strømmer sørover igjen i dypet. Den siste tredjedelen fortsetter videre nordover og inn i Polhavet. Dette vannet er ikke med i Stommels modell, og for at man skal kunne beregne hva som skjer når klimaet endrer seg, må det være det. Den gamle modellen har en boks for den sørlige delen av Nord-Atlanteren og en for De nordiske hav. Nå trenger vi en ny: Polhavet.

Fra store elver som Jenisej, Lena, Ob og Mackenzie flommer det enorme mengder ferskvann inn i Polhavet. Fordi vannet er ferskt, er det lett og blir liggende i overflaten mens det strømmer sørover langs østkysten av Grønland og ut i Atlanterhavet. Strømmen av ferskvann sørover frakter ut overskuddsvann, og hvis det bare var dette som rant ut, ville det ikke skje så mye mer. Men overflatevannet drar med seg noe av det saltere vannet under, og mer vann må strømme inn fra Atlanterhavet for å erstatte det vannet som forsvinner. På den måten er transporten av ferskvann ut av Polhavet og De nordiske hav også med på å forsterke strømmen av vann inn i De nordiske hav. 

Et spørsmål om hvor det blir mest regn

Med mer regn og snø i nord vil det bli mer vann i de store elvene, og det vil bli mer ferskvann i Polhavet. Det vil kunne forsterke sirkulasjonen i Nord-Atlanteren og gjøre Golfstrømmen og strømmen nordover langs norskekysten sterkere.

Men det er ikke bare Polhavet som får mer ferskvann ved klimaendring, det vil bli mer regn, snø, avrenning og issmelting i alle områdene i nord, også De nordiske hav. Og der vil det virke motsatt. Med mer lett ferskvann i De nordiske hav, vil ikke like mye av vannet som kommer inn sørfra synke, og i Stommels modell er det denne nedsynkningen som driver hovedstrømmen i Atlanterhavet.

Spørsmålet er hvilken effekt som blir størst. Vil mer ferskvann i Polhavet styrke strømmen mer enn den svekkes av at De nordiske hav også blir ferskere? 

– Det er viktigere å vite hvor nedbørmengden vil øke mest enn akkurat hvor mye det vil regne, konkluderer Erwin Lambert. – Hvis mer enn 30 prosent av det ekstra ferskvannet havner i De nordiske hav, viser modellen at sirkulasjonen i Nord-Atlanteren kan bli ustabil.

Golfstrømmen mer stabil enn antatt

Den tredje boksen – Polhavet – stabiliserer sirkulasjonen i Atlanterhavet. Når man tar med effekten av mer ferskvann i Polhavet, blir strømmen uansett mindre redusert enn den blir i Stommels klassiske modell med bare to bokser. Erwin Lambert mener derfor at økende nedbør i nord kan ha mindre å si for sirkulasjonen i Atlanterhavet enn man tidligere har trodd.

Han medgir at det fortsatt er et åpent spørsmål hvor godt slike enkle boksmodeller representerer virkeligheten. Vind, som Stommel-modellen ikke tar hensyn til, er for eksempel en viktig drivkraft for selve Golfstrømmen i overflaten. Men Lambert fremhever at de enkle modellene uansett gjør det mulig å studere store og viktige prosesser i havet.

– Det er utrolig hvor mye ny kunnskap man kan få av en modell som består av bare fem ligninger.

Denne saken er også publisert på Bjerknessenteret for klimaforskning sine nettsider.

Her kan du lese mer om våre unge forskere.