Hraun-núnings líkanið

Þegar við höfum gert okkur grein fyrir því að kvika djúpt í jörðu sé bara kenning og eftir að hafa gert þá stórfenglegu yfirlýsingu að hún sé ekki til, verðum við að svara spurningunni:

Hvaðan kemur hraunið?

Mig langar að kynna útlínurnar á hraun-núnings líkaninu sem inniheldur þrjá hluti: uppruna jarðhita (núnings-hitalögmálið), uppruna þeirra hreyfinga sem orsaka núning (þyngdarafls-núningslögmálið) og áhrif þessara tveggja lögmála. Til stuðnings þessa líkans, metum við þýðingu jarðskjálfta og hreyfingu jarðarinnar ásamt samhengi og samband þeirra við uppruna hrauns.

Til að skilja uppruna hrauns, þurfum við fyrst að leggja ákveðinn grunn þar sem við getum komið auga á vísbendingarnar en þá kemur nýr skilningur í ljós á ferlum sem hægt er að athuga. Byggt að hluta til á þeirri staðreynd að núningur framkallar hita, er nýja hraun-núnings líkanið grunnurinn að útskýringu á uppruna hrauns, bæði á innskotum og á storkubergi á yfirborðinu. Hraun-núnings líkanið samanstendur af þremur grundvallarreglum:

1. Hraun á uppruna sinn í núningshita (núnings-hitalögmálið) sem stafar af hreyfingu innan í jarðskorpunni.

2. Hreyfing jarðskorpunnar má rekja til áhrifa daglegra sveifla sólar og tungls (þyngdarafls-núningslögmálið).

3. Hið framleidda bráðnaða berg hreyfist eftir leiðum minnsta viðnáms, t.d. sprungum, sem leiðir til frekari bráðnun vegna þrýstingsfalls.

Sagt á einfaldan hátt, heildarhugmyndin inniheldur: uppruna hita í jarðskorpunni, uppruna hreyfinganna sem skapa hitann og sameiginlegar afleiðingar þessa beggja. Jarðvísindasamfélagið er enn að reyna að skilja hversu mikill núningshiti hreyfist um sprungurnar og þarf það að líta á núningshita sem uppsprettu eða uppruna þess hita sem framleiðir heitt hraun. Til að geta skilið hraun, þurfum við fyrst að skilja jarðskjálfta og uppruna þeirra hreyfinga sem valda jarðskjálftum, þar með talið hvernig stjarnfræðilegar lotur hafa áhrif á þessar hreyfingar. Með þessum skilningi munum við sjá að það er ákveðið samband á milli jarðskjálfta og hrauns.

Hitastig sjávar er lykillinn

Eitt sem veðurfræðingar hafa réttilega ályktað varðandi hnattræn veðurkerfi er að frávik frá venjulegu hitastigi sjávar ákveður hvenær, hvar og hvernig miklir stormar eins og El Niño munu gerast í heiminum.

HITASTIG SJÁVAR ER LYKILLINN

Besti mátinn til að komast að raun um hvort El Niño eða La Niña er í aðsigi, er að fylgjast með mynstri af hitastigi yfirborðs sjávar á hitabeltissvæði Kyrrahafsins. Á meðan öflugir El Niño stormar standa yfir, verður yfirborðshitastig sjávar óvenju hátt yfir miðbaugssvæði austurhluta Kyrrahafsins, einkum við strendur Perú. (Weather, A Visual Guide: Bruce Buckley, Edward J. Hopkins, Richard Whitaker, Firefly Books Ltd., 2004, bls. 276).

Á meðan hækkun og lækkun á yfirborðshitastigi Kyrrahafsins er lykilþáttur og vísir að þróun El Niño eða La Niña skilyrðum, stöndum við andspænis þessari grundvallar spurningu:

Hvernig hitnaði yfirborð sjávarins?

Fyrir nútíma veðurfræðing virðist svarið við þessari spurningu nægilega einfalt – það hitnaði vegna sólarinnar. En ef við lítum á það örlítið nánar, þá virkar það svar ekki. Hvernig gat sólin aðeins hitað hlýja El Niño sjóinn, sýnt í hvítu á Mynd 9.4.2 (hægra megin efst), en á sama tíma ekki hitað kaldara yfirborð sjávar La Niña sýnt í fjólubláu á sömu mynd? Svæðið við miðbaug fær jafn mikinn hita frá sólinni og skýjahulur samsvara ekki hituðu eða kældu svæðin.

Fyrsta vísbendingin um hvernig yfirborð sjávar hitnaði, kemur frá gervihnattarmælingum sem notaðar voru til að búa til myndina. Þessi mynd og sú síðasta eru ekki gefnar úr innrauðum eða hitamælingum, heldur eru búnar til með gögnum sem mæla hæð yfirborðs, miðað við þá venjulegu!

Ef við skoðum kvarðann neðst til vinstri á síðustu mynd (sjá hér), þá sjáum við að yfirborð sjávar breyttist úr –18 í +14 cm miðað við meðaltal (venjulegt), samtals sveifla upp á 32 cm. Hvað hefur hækkun í sjónum með hitastigið að gera? Það kemur í ljós að  kaldara vatn hefur lægri staðfræðilega hæð, á meðan hlýrra vatn en meðalgildi hefur hærra:

Þessi gervihnöttur [TOPEX/Poseidon] notar radar hæðamæli sem endurvarpar radarmerki frá yfirborð sjávar til að hljóta nákvæmar mælingar á fjarlægð milli gervihnattarins og yfirborðsins. Þessar upplýsingar eru notaðar saman með hárnákvæmum brautargögnum úr GPS gervihnatta til þess að búa til kort af yfirborðshæð sjávarins. Slík kort sýna staðfræði yfirborð sjávar. Staðbundnar hækkanir (‚hólar‘) benda til hlýrra vatns en að meðaltali, á meðan lækkanir (‚dalir‘) benda til kaldara vatns en að meðaltali. (The Atmosphere An Introduction to Meterology: Frederick K. Lutgens, Edward J. Tarbuck, Pearson Prentice Hall, 10. útg., 2007, bls. 228).

Hvers vegna ætti hæð sjávar að samsvara hitastigi? Eini kosturinn sem veðurfræðingar hafa er vindurinn, en haugur af hlýju vatni úr vindum sem blása í áttina að hitanum er ekki rökrétt, og er ekki stutt af gögnunum. Reyndar er hið öfuga tilfellið. Eins og kaflinn um uppruna veðurs afhjúpaði, þenst hitað loft út sem veldur vindstefnu frá háþrýstisvæðum. Hlýr sjór gerir það sama, háþrýstisvæði myndast í sjónum sem knýr vatnið upp á við og síðan í burtu. Rannsakendur tóku eftir því að vindar eru ekki endilega orsökin:

Það eru miklu fleiri vestanvindar sem geysa en fjöldi El Niño, þannig að það er klárt að þessir vestanvindar sem geysa, ræsa ekki alltaf El Niño storm. (The Oryx Resource Guide to El Niño and La Niña, Joseph S. D‘Aleo, Oryx Press, 2002, bls. 16).

Sjór þenst aðeins út í litlum mæli þegar það er hitað, en megin ástæðan fyrir því að hlýtt vatn sýnir sig í hækkuðu yfirborði er sjáanlegt á Mynd 9.4.2, neðst til hægri. Vaskjávarmar á sjávarbotni eru orsökin fyrir hituðu vatni og þegar vatn rís, eykur það hæðina á hlýju vatninu. Hitaður sjór blandast illa við kaldan sjó, þar af leiðandi þegar vatn hitnar, rís djúpur sjór (hann rís vegna lægri eðlismassa) upp á yfirborðið í strókum sem síðan ‚flýtur‘ á toppnum á kaldara umliggjandi vatninu, en þetta leiðir bæði til hækkunar á hitastigi og staðfræðilegri hækkunar. Þegar virknin í vaskjávarma fjarar út, flæðir kaldari vatn frá gosbrunnum á sjávarbotninum. Þetta innleiðir tímabil samdrátts sem lækkar yfirborðið og hitastigið. Þessi skilyrði benda til La Niña hringrásar.

Takið eftir að þessi texti í kennslubók í loftslagsfræði lýsir hvað gerist á meðan El Niño viðburður stendur yfir, en gefur enga útskýringu á því hvers vegna yfirborð sjávar rís:

Þegar suðræna sveiflan [El Niño] á sér stað, breytast venjulegar aðstæður sem útskýrðar voru stórkostlega. Loftþrýstingur rís í kringum Indónesíu, sem veldur því að þrýstingsstigullinn meðfram miðbaug veikist og snýst jafnvel við. Afleiðingin er sú, að það dregur úr vindum sem voru stöðugir og geta jafnvel breytt um stefnu. Þessi snúningur veldur meiriháttar breytingum í straumkerfum miðbaugsins, með hlýtt vatn sem flæðir í austurátt. Með tímanum vex hitastigið í vatninu í mið- og austurhluta Kyrrahafsins og hæð yfirborðsins á svæðinu rís. (The Atmosphere An Introduction to Meteorology: Frederick K. Lutgens, Edward J. Tarbuck, Pearson Prentice Hall, 10. útg., 2007, bls. 220-221).

Veðurfræðingar eru enn ófærir um að útskýra hvers vegna yfirborð sjávar rís vegna hitunar frá sólu. Enn fremur geta rannsakendur ekki útskýrt hvers vegna El Niño og La Niña viðburðir sem sýndir eru í mynd hér að neðan gerast eingöngu vegna hita frá sólinni. Þessir viðburðir gefa vit ef hægt er að koma auga á aðra hitauppsprettu. Beina sönnunin um hina síðari hitauppsprettu – vaskjávarmanar – kemur úr djúpsjávarrannsóknum sem staðfesti tengsl milli jarðskjálfta og hitaðs vatns.

Veðurspá El Niño og La Niña

Árið 1997, á meðan stærsti El Niño sögunnar stóð yfir, vann Michael Glantz fyrir National Center for Atmospheric Research (Þjóðarmiðstöð loftslagsrannsókna). Hann tók eftir hve lítið var vitað á þeim tíma:

Ósamræmið milli þess sem við höldum að við vitum um El Niño og hvað hægt er að vita er væntanlega enn nokkuð stórt. (Is it El Niño of the Century?, J. Madeleine Nash, Time, 18. Ágúst 1997, bls. 57).

Fjórum árum síðar voru gögnin sem mátu spár tölvulíkans úr El Niño viðburðinum 1997 komin inn. Glantz segir frá eftirfarandi í bók sinni Currents of Change, Impacts of El Niño and La Niña on Climate and Society (Cambridge University Press, 2001):

Áhugavert að þetta hafi verið mesta áhorf allra tíma á El Niño, með rannsakendur og veðurfræðinga að spá, sem notuðu öll tiltæk hjálpargögn til að ákvarða ástand Kyrrahafsins nokkrum mánuðum fram í tímann: gervihnetti, baujur, skipakosti og tölvulíkön. Hins vegar héldu flestir athugendur aftur sínum spám þangað til yfirborðshitastigið tók að hækka mælanlega. Þetta var að hluta til vegna staðreyndarinnar að hið leiðandi líkan (sumir segja flaggskip) fyrir El Niño spáði að sterkur og kaldur viðburður (La Niña) myndi eiga sér stað árið 1997. Það var brátt uppgötvað að þetta líkan hafði rangt fyrir sér og að sjórinn var raunverulega að hita sig, og stefndi fljótlega í meiriháttar El Niño viðburð.

Það virtist vera að El Niño viðburðir héldu áfram að koma rannsakendum á óvart. Um leið og viðburður líður hjá, greina rannsakendur hvað gerðist og hvers vegna, til þess að finna ástæðuna fyrir því að hafa spáð rangt. Síðan gera þeir viðeigandi endurbætur og trúa að þeir hafa svo gott sem leyst El Niño gátuna. Sumir koma með afsakanir fyrir röngum spám sínum. Enn aðrir grípa til spunalækninga, það er að kynna rangar spár sínar eins og hafa haft einhvern veginn rétt fyrir sér.

Glantz og aðrir óháðir rannsakendur viðurkenndu að ekkert líkan spáði fyrir um styrk El Niño viðburðarins áður en hann gerðist:

Ekkert líkan spáði fyrir um styrk El Niño 1997-98 þar til hann var á góðri leið með að verða mjög sterkur á norðurhvelinu síðla vors 1997.

Þessi játning er tákn um afhjúpun myrku tíma vísindanna á 20. öldinni. Þrátt fyrir að hafa eytt miklum upphæðum í rannsóknarsjóði, tækniframförum og þúsundum rannsóknartíma, voru haffræðingar ekki færir um að spá fyrir um hvenær eða í hve miklu magni þessi hnattrænu veðurskilyrði myndu eiga sér stað, einfaldlega vegna þess að vísdómurinn um hvers vegna þeir eiga sér stað hélst óuppgötvaður. Þetta hins vegar hélt ekki suma aftur til að blekkja almenninginn með því að fullyrða að líkönin sín „náðu þessu loksins rétt“, eins og Glantz heldur áfram:

Á sama tíma og framfarir halda áfram að gerast í athugunum, líkanagerð og forspám á mismunandi þáttum El Niño, sýndu endurskoðun okkar að framfarir í að spá fyrir um upphaf El Niño hafa ekki verið eins góðar eins og vísindablaðamaðurinn Kerr (1988) og fréttir (NSF, 1998) hafa greint frá. Vafasamar yfirlýsingar um velgengni eins og ‚Stóru líkönin náðu þessu loksins rétt‘ og ‚El Niño og veðurfar er einfaldara að spá fyrir um en menn héldu‘, blekktu almenning og löggjafarmenn um ástand vísindanna og hefur mjög líklega hámarkað væntingar um betri spár fyrir næsta El Niño. Hinn eftirsótti hágæða árangur í spám hefur enn ekki verið náð. Yfirlýsingar sem lofsyngja árangur í spám hafa einnig þá tilhneigingu að koma almenningi, fjölmiðlum, ábyrgðarmönnum og jafnvel El Niño rannsakendum á óvart í næsta viðburð, enda hafa þeir verið sannfærðir af undanförnum fyrirsögnum frétta um að geta vísindasamfélagsins til að spá fyrir um upphaf El Niño hafi tekið miklum framförum.

Að blekkja almenning í málefnum vísindanna eru ekki sjaldgæf atvik hjá nútíma vísindum. Eitt af vandamálunum sem almenningurinn hefur, er að hvergi er hægt að fara til þess að ákvarða hinn raunverulega sannleika á allflestum vísindalegum málaflokkum. Þetta er einmitt megin markmið Universal Model, að leyfa opnu aðgengi að vísindalegum rannsóknum og gögnum til skoðunar og umræðu almennings. Universal Model mun innleiða algerlega ný svið vísindanna, þar sem hundruðir nýrra vísindalegra uppgötvana munu leyfa almenningi til að taka meiri þátt í vísindunum, og þar sem notkunin á allsherjar vísindalegum aðferðum (USM) og fullt gegnsæi mun vera normið. Þetta mun efla ábyrgðarskyldu í öllum rannsóknarverkefnum sem eru kostuð af hinu opinbera.

Veðursilyrði El Niño og La Niña

El Niño og La Niña veðurkerfin samanstanda af lotubundnum sveiflum á hitastigi og hæð yfirborðs sjávar sem eiga uppruna sinn í hitabelti austurhluta Kyrrahafsins. Myndin hér að neðan inniheldur tvær NASA gervihnattarmyndir af jörðinni sem sýna Kyrrahafið á meðan El Niño og La Niña stóðu yfir árin 1997 og 1999. Skilyrði El Niño olli flóðum, þurrkum og öðrum víðáttumiklum veðurtruflunum víða um heim.

Í grein í Time tímaritinu undir heitinu Is it El Niño of the century? voru viðburðirnir frá 18. ágúst 1997 skrásettir eins og þeir gerðust:

El Niño er venjulega í hámarki í kringum desember, sem er ástæðan fyrir því að sjómenn í Perú gáfu aðkomuveðrinu á aðventunni nafn sem þýðir á spænsku ‚Kristbarn‘. Ef hlýnunin heldur áfram, segja vísindamenn, gæti El Niño á byrjunarstigi dælt svo miklum hita í hafið að meðalhiti yfirborðs sjávar gæti hækkað um 3,5°C – og ef það gerist, myndu áhrifin vera gætt langt inn í nýja árið. Hamfarirnar sem myndu fylgja væru m.a. aurskriður, flóðbylgjur, miklir vindar og uppskerubrestir. (Is it El Niño of the century?, J. Madeleine Nash, Time, 18. ágúst 1997, bls. 56).

Íbúar Perú er mjög vitaðir um hversu mikið El Niño getur breytt lífi þeirra, en restinn af heiminum byrjaði að taka eftir þessu fyrir nokkrum áratugum síðan. Samantekt af viðburðunum sem spáð var um árið 1997 var birt í nóvember 1998 útgáfunni af Reader´s Digest:

Á hringrás síðasta tímabils hækkaði hitastig á yfirborði sjávar vesturstrandar Suður-Ameríku úr venjulegum [23°C] í [30°C]. Þetta gríðarlega stóra svæði volgs vatns, tvöfalt flatarmál Bandaríkjanna, víxlverkaði við andrúmsloftið sem myndaði storma og færði hávinda úr stað.

El Niño færði regn sem flæddi annars þurr strandsvæði Ekvadors, Chile og Perú. Á sama tíma geysuðu sterkir vindar í Ástralíu og Indónesíu.

Eldar hafa eyðilagt fimm milljónir ekrur af skógum Indónesíu. Sterku vindarnir, ásamt efnahagskreppu, hafa skilið um fimm milljónir Indónesíubúa eftir með brýna þörf fyrir matvæli og drykkjarvatni. Þessar aðstæður hjálpuðu við að leggja grunninn að óeirðum sem leiddu til endaloka á stjórnartíð Suharto.

Nær heimaslóðum: það rigndi meira en 750 mm í Los Angeles frá 1. júlí 1997 til og með 30. júní 1998 – tvöfalt venjulegs magns. San Fransisco mældi rúm 1200 mm úrkomu, næstum 27 sinnum meira en venjulega. Miklar úrkomur gjöreyddu uppskerur á mörgum svæðum Kaliforníu.

El Niño var einnig ábyrgt fyrir miklum vindum og hita í Texas sem hækkaði hitatigið í bænum College Station í yfir 38°C í 30 daga í röð sl. sumar, sem var met. Hitabylgjan kostaði 125 mannslíf í ríkinu. Á meðan Flórída upplifði vætusamari vetur en ella, breyttist blómlegur gróðurinn í þurran brennivið á óvenju heita og þurra sumrinu, og kynti undir gróðureldum sem herjuðu á ríkið. (Here Comes More Weird Weather, Per Ola, Emily dAulaire, Reader´s Digest, nóvember 1998, bls. 139).

Með slíka truflun á athöfnum mannsins er skilningurinn á orsökum og breytingum á þessum hnattrænum veðurkerfum bráðnauðsynlegur! Á meðan El Niño setur venjulegt hnattrænt veður algerlega á hvolf, ýkir La Niña almennt venjuleg veðurskilyrði. En geta veðurfræðingar spáð fyrir um þessi hnattrænu veðurkerfi?