Southern Ocean overturning circulation
દક્ષિણ મહાસાગર ઓવરટર્નિંગ પરિભ્રમણ એ દક્ષિણ મહાસાગરમાં બે-કોષ પ્રણાલી છે જે વૈશ્વિક પરિભ્રમણની અંદર વિવિધ જળ તટપ્રદેશોને જોડે છે. તે અપવેલિંગ અને ડાઉનવેલિંગ દ્વારા સંચાલિત થાય છે, જે ભૌતિક સમુદ્ર પ્રક્રિયાઓનું પરિણામ છે જે તાજા પાણીના પ્રવાહ અને પવનના દબાણથી પ્રભાવિત છે. વૈશ્વિક ગરમી, તાજા પાણી અને કાર્બન બજેટ પર તેની અસરને કારણે વૈશ્વિક મહાસાગર પરિભ્રમણ એ આપણી વૈશ્વિક આબોહવા પ્રણાલીમાં એક આવશ્યક પદ્ધતિ છે. ઉપલા કોષમાં ઉપર ઉઠવું એ મધ્ય-ઊંડા પાણી સાથે સંકળાયેલું છે જે સપાટી પર લાવવામાં આવે છે, જ્યારે નીચલા કોષમાં ઉપર ઉઠવું એન્ટાર્કટિકાની આસપાસના તાજા અને ભૂગર્ભ પાણી સાથે જોડાયેલું છે. દક્ષિણ મહાસાગરની સપાટી સુધી લગભગ 27 ± 7 સ્વેર્ડ્રુપ (એસવી) ઊંડા પાણીના કુવાઓ છે. આ ઉપરનું પાણી અંશતઃ હળવા પાણી અને ગાઢ પાણીમાં રૂપાંતરિત થાય છે, અનુક્રમે 22 ± 4 SV અને 5 ± 5 SV. આ પાણીની ઘનતા ગરમી અને ઉછાળાના પ્રવાહોને કારણે બદલાય છે, જેના પરિણામે ઉપલા કોષમાં ઉપર અને નીચલા કોષમાં નીચે આવે છે. ડાયનેમિક્સ અપર સેલ ઉપલા કોષને પવન પેદા કરેલા પ્રવાહ દ્વારા ચલાવવામાં આવે છે, જે વેસ્ટર્લીઝનું પરિણામ છે, જે સર્કમ્પોલર ડીપ વોટર (સીડીડબલ્યુ) માંથી પાણીને સપાટી પર લાવે છે. ઝોનલ પવનનું દબાણ ઝોનલ સપાટી-પવનની મહત્તમતાને કારણે ધ્રુવની નજીક ઉપર તરફ અને વિષુવવૃત્ત પર નીચે તરફ તરફ દોરી જાય છે. આ પવન સંચાલિત પરિભ્રમણને ડીકન કોષ પણ કહેવામાં આવે છે અને તે એન્ટાર્કટિક સર્કમ્પોલર કરંટ (એસીસી) ના થર્મલ પવન પ્રવાહને ટેકો આપતા પાણીને ઉથલાવી દેવાનું અને સંભવિત ઊર્જાનો સંગ્રહ બનાવવાનું કાર્ય કરે છે. આ ઉપલા કોષની પ્રક્રિયાને એકમાન પરિવહન તરીકે પણ ઓળખવામાં આવે છે. મેરિડિશનલ ઓવરટર્નિંગ પ્રવાહ ઉત્તરથી દક્ષિણ તરફ ઊંડા પાણીમાં અને દક્ષિણથી ઉત્તર તરફ સમુદ્રની સપાટી પર છે. સપાટી પર ઊંડા પાણી વાતાવરણ અને સપાટીના ઉછાળાના બળોના સંપર્કમાં આવે છે. વરસાદને કારણે પાણીના તાજગી અને ઉનાળા દરમિયાન (દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં) દરિયાઈ બરફ પીગળવાના પરિણામે ઉપલા કોષમાં ઉછાળાનો ચોખ્ખો લાભ થાય છે. આ ઉછાળો પાણીને હળવા, ઓછા ગાઢ પાણીમાં પરિવર્તિત કરે છે, જેમ કે સબએન્ટાર્કટિક મોડ વોટર (SAMW) અને એન્ટાર્કટિક ઇન્ટરમીડિયેટ વોટર (AAIW). ઉથલાવી નાંખનારા પરિભ્રમણમાં કુલ ઉપરના પાણીના લગભગ 22 ± 4 એસ. વી. ઉપલા કોષમાં હળવા પાણીમાં રૂપાંતરિત થાય છે. ઘનતા સપાટીઓની ઉથલાવી દેવાની પ્રક્રિયા થર્મલ પવન પ્રવાહોની બેરોક્લિનિક અસ્થિરતા દ્વારા સંતુલિત થાય છે. આ અસ્થિરતા ઘનતા સપાટીઓને સપાટ કરે છે અને ધ્રુવો તરફના પરિવહનને પરિણામે ઊર્જાસભર, સમય-આધારિત ધાર ગતિ થાય છે. પવન સંચાલિત પરિભ્રમણમાંથી સંભવિત ઊર્જા પછી એડીઝ દ્વારા સપાટ કરવામાં આવે છે. મિસિંગ-મિક્સિંગ વિરોધાભાસ મિસિંગ-મિક્સિંગ વિરોધાભાસ ધારે છે કે પરિભ્રમણને બંધ કરવા માટે થર્મોક્લાઇન દ્વારા ગાઢ પાણી ઉપર ઉઠાવવામાં આવે છે. આ હાંસલ કરવા માટે, થર્મોક્લાઇનમાં ઊભી મિશ્રણની જરૂર પડે છે, જે અવલોકન કરવામાં આવતું નથી. તેના બદલે, ડૂબતા પ્રદેશોમાંથી ગાઢ પાણી ઘનતા આઇસોપાઇકનલ્સ સાથે લગભગ એડિયાબેટિક માર્ગોમાં સપાટી પર પાછું ફર્યું, જે પહેલેથી જ હેરાલ્ડ સ્વેર્ડ્રુપ (સમુદ્રવિજ્ઞાની) દ્વારા લખવામાં આવ્યું હતું. નીચલા કોષ તાજા પાણીના પ્રવાહો દ્વારા સંચાલિત થાય છે જ્યાં દરિયાઈ-બરફની રચના અને ગલન મહત્વપૂર્ણ ભૂમિકા ભજવે છે. દરિયાઈ બરફની રચના સાથે ખારાશનો અસ્વીકાર થાય છે, જેના પરિણામે પાણી વધુ ખારાશ અને ઘનતા ધરાવે છે અને તેથી ઉછાળાનું નુકસાન થાય છે. જ્યારે બરફ પીગળી જાય છે ત્યારે તાજા પાણીનો પ્રવાહ અને વાતાવરણ સાથે સંપર્ક થાય છે. જો પાણી બરફમાં ફેરવાય છે, તો પાણીમાં વધુ મીઠું હોય છે અને વાતાવરણનો સંપર્ક ઓછો થાય છે. મોસમી વિવિધતાઓને કારણે, ઉનાળા દરમિયાન ઉત્સાહમાં વધારો થાય છે અને શિયાળામાં ઉત્સાહમાં ઘટાડો થાય છે. મીઠાંથી ભરેલા આ ઠંડા અને ગાઢ પાણીને ડેન્સ શેલ્ફ વોટર (DSW) કહેવામાં આવે છે. ડી. એસ. ડબલ્યુ. પછી એન્ટાર્કટિક બોટમ વોટર (એ. એ. બી. ડબલ્યુ.) માં રૂપાંતરિત થાય છે, જે રોસ સમુદ્ર, વેડેલ સમુદ્ર અને એન્ટાર્ટિકાના પૂર્વીય દરિયાકાંઠે ઉદ્દભવે છે. દક્ષિણ મહાસાગરના પરિભ્રમણના નીચલા કોષમાં લગભગ 5 ± 5 એસવી એએબીડબલ્યુ રચાય છે, જે કુલ એએબીડબલ્યુ રચનાના ત્રીજા ભાગની આસપાસ છે. ઉથલાવી નાંખનારા પરિભ્રમણ વિશેનું વર્તમાન જ્ઞાન, ખાસ કરીને નીચલા કોષ, મોટા પાયે વ્યસ્ત નમૂનાઓ પર આધારિત છે. આ નમૂનાઓ સામાન્ય રીતે તાજા પાણીના પ્રવાહ અને સમુદ્ર-બરફની ક્રિયાપ્રતિક્રિયાના મહત્વને ખોટી રીતે રજૂ કરે છે. વૈશ્વિક પરિભ્રમણ સાથે જોડાણ વિશ્વના મહાસાગરોનું પરિભ્રમણ વાતાવરણ સાથે ઘણી રીતે જોડાયેલું છે. તે બંને, સારમાં, ઉપલબ્ધ સૌર ઊર્જા દ્વારા સંચાલિત છે અને તેઓ સમુદ્રની સપાટી પરના ઘર્ષણ દ્વારા જોડાયેલા છે. ધ્રુવો અને વિષુવવૃત્ત પર ઉપલબ્ધ સૌર ઊર્જા વચ્ચેના અસંતુલનને કારણે ત્યાં એક મેરિડીનલ તાપમાન ઢાળ છે જે પૃથ્વી પર પવનની પેટર્નને જન્મ આપે છે. વાતાવરણની હિલચાલ સપાટી પર સમુદ્રની હિલચાલ માટે જવાબદાર છે. ઊંડો સમુદ્ર મોટા ભાગે પાણીના તાપમાન અથવા ખારાશને પ્રભાવિત કરતી પ્રક્રિયાઓને કારણે મોટા વિસ્તારોમાં પાણીની ઘનતામાં નાના વિક્ષેપોને પ્રતિક્રિયા આપે છે. આ પ્રણાલીઓના પ્રસારને પરિણામે વૈશ્વિક ઊર્જા અંદાજપત્રનું પુનઃવિતરણ થાય છે જે સ્થાનિક આબોહવાને નિયંત્રિત કરે છે. વાતાવરણ અને સમુદ્ર પણ રાસાયણિક રીતે જોડાયેલા છે, જ્યાં સમુદ્ર વાતાવરણની સાંદ્રતા સાથે સંતુલનમાં છે. ભૂતકાળની સદી દરમિયાન વાતાવરણીય વૃદ્ધિને કારણે સમુદ્ર એ ચોખ્ખો કાર્બન સિંક છે. હાલમાં, આપણા વર્તમાન કાર્બન ઉત્સર્જનના લગભગ 25 ટકા માટે મહાસાગરો જવાબદાર છે. એ. એમ. ઓ. સી. દક્ષિણ મહાસાગર એટલાન્ટિક મેરિડિશનલ ઓવરટર્નિંગ પરિભ્રમણને બંધ કરવામાં મુખ્ય ભૂમિકા ભજવે છે, જે ઉત્તર એટલાન્ટિક ડીપ વોટરને ઉપર કરીને ઉત્તર એટલાન્ટિક ડાઉનવેલિંગની ભરપાઈ કરે છે અને આંતરિક મહાસાગરને સપાટી સાથે જોડે છે. આ ઉથલપાથલ એ. સી. સી. ઉપર ફૂંકાતા મજબૂત પશ્ચિમી પવનને કારણે થાય છે. અવલોકનો સૂચવે છે કે વૈશ્વિક ઊંડા પાણીનો આશરે 80 ટકા હિસ્સો દક્ષિણ મહાસાગરમાં છે. પોષક તત્ત્વોની સાંદ્રતામાં વધારો થવાને કારણે કાર્બન બજેટ સમુદ્રમાં વધારો જૈવિક પ્રવૃત્તિમાં વધારો સાથે એકરુપ થાય છે. પોષક તત્ત્વોનો ઉપયોગ ફાયટોપ્લાંકટન દ્વારા થાય છે જે પ્રકાશસંશ્લેષણ દ્વારા કાર્બન સાથે સંયોજનમાં તેનો ઉપયોગ કરે છે, જે સ્થાનિક કાર્બન સિંક બનાવે છે. જ્યાં પાણીની રચના થાય છે તેવા પ્રદેશોમાં દક્ષિણ મહાસાગરનું ઉપરનું સ્તર કાર્બન સિંક તરીકે પણ કાર્ય કરે છે. ઓછી ઓગળેલા કાર્બન સાંદ્રતા સાથેનું ઊંડું પાણી સપાટી પર વધે છે જ્યાં તે અગાઉની સરખામણીએ વધુ વાતાવરણીય કાર્બન સાંદ્રતાના સંપર્કમાં આવે છે. ઊંડા પાણીમાં ઓગળેલા કાર્બનની સાંદ્રતા એટલી ઓછી હોય છે કારણ કે તે સદીઓથી સપાટી પર નથી જ્યારે વાતાવરણીય કાર્બનની સાંદ્રતા હવે કરતાં ઓછી હતી. પાણી એક નવા કાર્બન સંતુલન સુધી પહોંચશે અને બાદમાં તેને ડાઉનવેલિંગ દ્વારા ફરીથી નીચે લાવવામાં આવશે જેના પરિણામે ચોખ્ખું કાર્બન સિંક થશે. બીજી બાજુ, એવા પ્રદેશો કે જ્યાં ઊંડા ગરમ સર્કમ્પોલર કાર્બનથી સમૃદ્ધ પાણીને ઉપર ઉઠાવીને સપાટી પર લાવવામાં આવે છે, વાતાવરણના સંપર્ક દ્વારા બહાર નીકળે છે, જે આંશિક રીતે ઉથલાવી દેવાના પરિભ્રમણની કાર્બન સિંક અસરને વળતર આપે છે. આબોહવા પરિવર્તન આબોહવા પ્રણાલીની આપણી સમજણ માટે મૂળભૂત છે કારણ કે તે દર કે જેના પર સમુદ્રના જળાશયો સપાટી સાથે સંપર્ક કરે છે તેને નિયંત્રિત કરે છે. દક્ષિણ મહાસાગરનું પરિભ્રમણ ગ્રહણ દ્વારા વાતાવરણમાં સાંદ્રતામાં એકંદર વધારાને ધીમું કરે છે. તે આબોહવાને અન્ય ઘણી મહત્વપૂર્ણ રીતે પણ અસર કરે છે. તે તેના પાણીના પરિભ્રમણ દ્વારા ગરમીનું પરિવહન કરે છે, આમ સમુદ્રની ગરમીની માત્રામાં ફેરફાર કરે છે. તે બરફની છાજલી ઓગળવા પર તેની અસર દ્વારા દરિયાની સપાટીને પણ નિયંત્રિત કરે છે. છેવટે, તે દક્ષિણ ગોળાર્ધમાં દરિયાઈ બરફના આવરણને અસર કરે છે, જે પૃથ્વીની સપાટીના આલ્બેડો સાથે જોડાયેલું છે. આ અસરો એકસાથે અર્થ એ થાય છે કે દક્ષિણ મહાસાગરના પરિભ્રમણની આબોહવા સંવેદનશીલતા પર નોંધપાત્ર અસર પડે છે. પરિણામે, વૈશ્વિક કાર્બન બજેટને સમજવાનો પ્રયાસ કરતી વખતે દક્ષિણ મહાસાગર પર આબોહવા પરિવર્તનની અસર એક મહત્વપૂર્ણ સંશોધન વિષય છે. ઉષ્ણકટિબંધીય દક્ષિણી ગોળાર્ધમાં આબોહવાને સંચાલિત કરતી સૌથી મહત્વપૂર્ણ પદ્ધતિ સધર્ન એન્યુલર મોડ (SAM) છે, જે છેલ્લા કેટલાક દાયકાઓમાં સતત હકારાત્મક રહી છે, જે સંભવતઃ ઓઝોનના અવક્ષય અને ગ્લોબલ વોર્મિંગના સંયોજનના પરિણામે છે. એસ. એ. એમ. ની સતત હકારાત્મક સ્થિતિના પરિણામે અત્યાર સુધીમાં પશ્ચિમી હવાઓનું ધ્રુવ તરફ સ્થળાંતર થયું છે અને તેમની શક્તિમાં વધારો થયો છે, જેના પરિણામે કાર્બન સમૃદ્ધ ઊંડા પાણીના વેન્ટિલેશનમાં વધારો થયો છે, જેના કારણે દક્ષિણ મહાસાગરમાં કાર્બન સિંક નબળું પડી રહ્યું છે. વધુમાં, તાપમાનમાં વધારાથી એન્ટાર્કટિકાના મધ્યવર્તી પાણીમાં વરસાદ વધવાના પરિણામે તાજગી આવે તેવું લાગે છે. જો કે, દક્ષિણ મહાસાગરમાં આબોહવા ગતિશીલતામાં સમુદ્ર, વાતાવરણ અને ક્રાયોસ્ફિયર વચ્ચે પ્રતિક્રિયા પદ્ધતિઓનો સમાવેશ થાય છે જે નબળી રીતે સમજી શકાય છે અને આબોહવા મોડેલોની વર્તમાન પેઢીમાં સારી રીતે રજૂ કરવામાં આવતી નથી, દક્ષિણ મહાસાગરના પરિભ્રમણને ઉથલાવી દેવા પર આબોહવા પરિવર્તનની અસરો હજુ પણ તદ્દન અનિશ્ચિત છે. સી. એમ. આઈ. પી. 5 મોડેલો "ઓછા આત્મવિશ્વાસ" સાથે 21મી સદીમાં ઉપલા સમુદ્રના ઉથલાવી નાંખનારા કોષના એકંદર પરિવહનમાં 20 ટકાનો વધારો થવાની આગાહી કરે છે. છઠ્ઠા મૂલ્યાંકન અહેવાલમાં આ મૂલ્યાંકન પર કોઈ નવા અભ્યાસમાં સુધારો થયો નથી. નીચલા કોષના ઉથલાવી નાંખનારા પરિભ્રમણ માટે, નિરીક્ષણ, આંકડાકીય અને પેલિયોક્લાઈમેટ પુરાવાઓમાંથી સંયુક્ત પુરાવા "મધ્યમ વિશ્વાસ" આપે છે કે એન્ટાર્કટિક આઇસ શીટમાંથી વધેલા ઓગળવાના પરિણામે 21મી સદીમાં નીચલા કોષનું પરિભ્રમણ ઘટતું રહેશે. સંદર્ભો દક્ષિણ મહાસાગરનો પ્રવાહ