Da ulykken ved Fukushima-anlegget ved den japanske Stillehavskysten inntraff i mars 2011, ble modeller over havsirkulasjon benyttet for å fortelle om farten og retningen til radioaktive isotoper som ble sluppet ut under ulykken.
Yongqi Gao, forsker ved Nansensenteret og Bjerknessenteret, er en av dem som har gjennomført simuleringer av havstrømmene og radioaktive isotoper fra Fukushima og hvordan isoptopene finner veien ut i Stillehavet.
Også ved den kjernefysiske kraftstasjonen i Sellafield, har Gao fulgt radioaktive isotoper som Cs-137 for å se hvordan disse flytter seg med havstrømmene. Fra Sellafield på nordvestkysten av England, bruker isotopene fire år på veien ut i Norskehavet, før de når Norskekysten.
Avfall som hjelper forskerne
Yongqi Gao er involvert i forskningsprosjektet ORGANIC som startet opp i fjor. Her jobber han med å inkludere biogeokjemiske markører som kan spores i en modell over havsirkulasjonen, for å forstå hvordan dyphavsstrømmen dannes og beveger seg.
Tidligere har Gao simulert markører som klorfluorkarboner (CFC) som finnes i freongasser, drivhusgassen SF6 som er mye brukt i elektrisk industri, og radioaktive isotoper som Cs-137 og Sr-90. Disse kommer ut i havet via utslipp fra kjernefysiske anlegg og testing av kjernefysiske våpen.
– Disse markørene er passive og er nyttige for å vurdere en simulert havsirkulasjon. I tilfellet klorfluorkarboner, kan disse også nyttes for å estimere hvor mye havet tar opp av menneskeskapt CO2, sier Gao.
Dyphavsstrømmene
De store havstrømmene krysser store avstander og fungerer som globale transportsystemer. På sin ferd både påvirker og påvirkes havstrømmene av klimasystemet. Varme havstrømmer drives langs havoverflaten av vindene, mens dyphavsstrømmene blir drevet av ulikhet i temperatur og saltholdighet mellom verdenshavene. Dette blir kalt termohalin sirkulasjon, der termo er for varme og halin for salt.
I Nord-Atlanteren synker kaldt og tungt vann fra overflaten og ned i dypet. Her dannes det nordatlantiske dypvannet som flyter sørover igjen. Å fastslå mengden av dypt vann som dannes og hvor vannet går, er utfordrende siden dyphavsstrømmen finnes nesten to tusen meter under overflaten.
Modellene kan fortelle om framtiden
Resultatene fra modellsimuleringer ved hjelp av slike markører blir sammenlignet med observert data. Det hjelper forskerne med å vurdere og justere modellene, noe som igjen forbedrer havmodellene.
Samtidig vil en bedre forståelse av hvordan dyphavsstrømmene forflytter seg, hjelpe forskerne med å forbedre framskrivinger av klimaeffekter på lang sikt.
Gaos kollega i Organic-prosjektet, Yanchun He har laget animasjonen under, som viser en simulering av markøren CFC-11. Her kan du se hvordan CFC-11 trenger ned i Atlanteren og beveger seg videre de siste tiårene, siden den først ble sluppet ut i atmosfæren.
CFC11_Animation from The Bjerknes Centre on Vimeo.
Fargeskalaen i animasjonen viser konsentrasjonen av CFC-11 ved ulike dybder på tvers av Atlanteren.
Hvordan CFC-11 sprer seg, vises i figuren over Atlanterhavet nede til venstre. Langs disse punktene kan vi se dybden, og en sammenligning av resultatene ved bruk av to ulike modelloppløsninger. I sammenligningen ser vi at CFC-11 har høy konsentrasjon på 1000 meters dybde ved 30-40 grader nord, det vil si på breddegrader omtrent fra Madrid til New Orleans.
Hva skal til for å endre havstrømmene?
Disse simuleringene er gjennomført havkomponenten i den norske klimamodellen Nor Earth System Model, oftest nevnt som NorESM. Denne klimamodellen er utviklet som et samarbeid mellom flere norske forskningsinstitutt, og er en modell for hele det globale fysiske klimasystemet, inkludert karbonsyklusen.
Modellen er kompleks, og deler av Yongqi Gao sitt arbeid i ORGANIC er nettopp å identifisere usikkerheter i modellen ved å bruke de nevnte markørene. Sammen med forskerne Yanchun He og Mats Bentsen utgjør de et forskerteam fra ulike disipliner som undersøker hvor sensitiv og tetthetsdrevet havsirkulasjonen er.
Nå jobber de mest med å simulere hvordan markørene beveger seg i dyphavsstrømmen i Nord-Atlanteren, som inkluderer klorfluorkarbon (CFC) og konsentrasjonsmengden som oppstår under ulike tilstander.
– Endringene i horisontal og vertikal blanding kan føre til endringer i tettheten i vannet, og det kan igjen føre til endringer i havsirkulasjonen. Dyphavsstrømmen i Nord-Atlanteren er den lavtliggende delen av atlanterhavsstrømmene i den nord-sørlige retningen, og endringer i denne har en påvirkning på klimaet, sier Gao.
Referanse:
He Yanchun, Gao Yongqi, Wang Huijun, Johannessen Ola, Yu Lei (2012): Transport of Nuclear Leakage from Fukushima Nuclear Power Plant in the North Pacific. Acta Oceanologica Sinica, 34(4),12-20 (in Chinese with abstract in English)