Kan havstrømninger etterlignes i et laboratorium?

Ja, mener forskere ved Bjerknessenteret i Bergen og Universitetet i Stavanger. De har bygget en 4,5 meter høy sløyfe av plastrør, en laserkanon og avansert måleutstyr for nettopp dette formålet.

Global sirkulasjon

Atlanterhavets mange vannstrømmer går i ulike retninger og på forskjellige dyp i havet. Når man skal forstå disse strømmene, er sjøvannets saltholdighet og temperatur viktige faktorer.

Store havstrømninger drives ikke bare av vind, men også av endringer i vannets temperatur (thermo) og saltholdighet (halo). Disse påvirker tettheten i vannet, slik at det utvider seg eller trekker seg sammen. Disse fysiske endringene skaper bevegelse i vannmassene og bidrar til å forme en global sirkulasjon av strømmer, fra de varmeste tropehav til de kaldeste polarstrøk.

Hele dette systemet kalles den thermohaline sirkulasjonen og Golfstrømmen er en viktig del av det. Golfstrømmens nordatlantiske avgreining passerer Norge på vei mot Polhavet, og en returstrøm passerer Grønland og Færøyene på vei sørover igjen.

Simulering

Det er dette systemet som nå skal gjenskapes i et laboratorium ved Universitetet i Stavanger (UiS). Vann med varierende temperatur og saltholdighet skal sirkulere gjennom plastrør i et forsøk på å simulere dette viktige kretsløpet i havet.

Eksperimentene skjer på det såkalte Flerfaselaboratoriet ved Institutt for petroleumsteknologi. I dette laboratoriet kan ulike væsker (på fagspråket kalt faser) sendes gjennom rørsløyfer og kanaler. Ved hjelp av avansert måleutstyr som høyhastighetskamera, laser eller ultralyd, kan forskerne undersøke væskestrømninger i kombinasjoner med gasser eller partikler.

Fra olje til klima

Denne typen eksperimenter gjøres vanligvis for å undersøke flyten av olje og gass i transportrørledninger og for å sirkulere ut borekaks-partikler under boring av lange, dype brønner.

Professor Rune Wiggo Time og senioringeniør Herimonja A. Rabenjafimanantsoa ser imidlertid også andre bruksområder. De vil bruke lignende strømningssystemer til å studere nettopp de havstrømmene som klimaforskerne på Bjerknessenteret er opptatt av.

Heldigvis er det høyt under taket på laben, der gjennomsiktige plastrør er koblet sammen til en 4,5 meter høy, lukket sløyfe. På innsiden drives en vannstrøm gjennom rørene termohalint, uten bruk av pumper.

– Sløyfa og sirkulasjonsmønsteret likner det vi bruker i eksperimenter med gassløft i brønner for økt oljeutvinning, sier professor Time.

Forskerne må likevel lage flere skreddersydde løsninger for å simulere havstrømmene. De skal blant annet utvikle raske, svært følsomme temperaturmålere og et datadrevet styringssystem for å måle og regulere temperatur og saltinnhold i vannet på ulike steder i sløyfa.

Hårfin balanse

I det virkelige havet er det slik at vannet som kommer sørfra i Atlanteren, er varmt og har høy saltholdighet. Selv om salt gjør vannet tyngre, mer enn oppveies dette av varmen, som gjør vannet lettere. Derfor ligger havstrømmen normalt høyt på vei nordover – typisk over de øverste 400–800 meter av vannsøylen.

I arktiske strøk kjøles vannet ned, men blir samtidig mindre salt på grunn av ferskvann fra elver og is i og rundt Polhavet. Selv om saltholdigheten er lavere her, synker vannet på grunn av kulda og blir til en «dypvannstrøm» på vei sørover igjen. Slik går kretsløpet rundt og rundt.

Men noe har endret seg.

Den hårfine balansen mellom saltholdighet og temperatur har i senere år blitt forrykket på grunn av global oppvarming, økt nedbør og forsterket issmelting. Smelting av Grønlandsisen er en viktig faktor i dette bildet. Økt tilførsel av ferskvann fører til at overflatevannet blir lettere, som igjen kan føre til at vi ikke får så mye varmt vann fra Nord-Atlanteren opp langs norskekysten.

Det foregår stadige diskusjoner blant havforskere om hvorvidt den termohaline sirkulasjonen, inkludert Golfstrømmen, bremses noe på grunn av dette.

Kompliserte sammenhenger

Når eksperimentet er i gang, kommer UiS-forskerne til å gjøre målinger av vannets ferd gjennom den simulerte havstrømmen. Målingene skal bidra til å justere og sjekke holdbarheten i modellene for havstrømmene.

– Hvor troverdige data vil dere få?

– De teoretiske modellene beskriver strømningen i havet på en ganske grov, men god måte. Virkeligheten er mer komplisert, det finnes mange lag av «elver» i havet og det finnes mange vanskelig forutsigbare drivkrefter, sier Time.

Noen drivkrefter er meteorologiske, knyttet til nedbør, vind, bølger og fordamping. Andre er såkalte treghetskrefter – blant annet knyttet til hvor lenge dyphavene globalt transporterer og oppbevarer sine kalde og tunge vannstrømmer.

– Laboratorieeksperimentet vårt følger teorien så godt det lar seg gjøre og vil vise om enkelte faktorer faktisk fanges inn her uten å være tatt inn i den enkle matematiske modellen. En viktig fordel med eksperimentet vårt er også at det med mindre modifikasjoner kan gjøres mer omfattende for å fange opp enda flere nyanser, sier Time.