Poziom mórz rośnie, ale właściwie o ile? Dlaczego tak trudno to oszacować

To jeden z najbardziej dotkliwych skutków zmian klimatycznych. Poziom mórz i oceanów na świecie podnosi się coraz szybciej. W ciągu ostatniego stulecia, wraz ze wzrostem globalnej temperatury o około 1 st. Celsjusza, poziom mórz wzrósł o 16-21 cm. Połowa tego przyrostu nastąpiła po 1993 r. a tempo, w jakim to zjawisko postępuje, wzrasta. Opublikowany w 2014 r. raport Międzyrządowego Panelu ds. Zmian Klimatu (IPCC) oszacował szybkość, z jaką podnoszą się morskie wody na ok. 3,2 mm rocznie. Ale już w 2020 roku, oparte na danych satelitarnych badanie agencji NASA i NOAA wskazywało, że zjawisko przyspieszyło niemal o połowę i średnia z 10 lat to 4,8 mm.

W opierających się na dzisiejszych danych projekcjach tego, o ile morza wzrosną w przyszłości, widać ogromny rozstrzał. IPCC szacuje, że do 2100 r. morze podniesie się o 0,3 do 1,1 metra. Amerykański naukowy z Interagency Sea Level Rise Taskforce wyznaczyli z kolei już cztery lata temu "widełki" na poziomie między 0,3 a 2,5 m.

W Polsce oznaczałoby to zalanie Gdańska, Żuław, sporej części przybrzeżnych rejonów Pomorza Zachodniego, przerwanie Półwyspu Helskiego i zmianę obecnego Słowińskiego Parku Narodowego w śródlądowe, słone jezioro. A to wciąż nie jest najgorsza prognoza, bo raporty rządu Wielkiej Brytanii i władz stanów Nowy Jork i Kalifornia biorą pod uwagę wzrost o 3 m.

Skąd ten rozstrzał? Prace naukowe publikowane w ostatnich tygodniach ilustrują to, dlaczego prognozowanie podnoszenia się poziomu morza jest tak trudne. I pokazują, że największą niewiadomą w tych modelach jest Antarktyda i to, co się z nią stanie.

Podnoszenie się poziomu morza ma wiele przyczyn. Co więcej, niektóre zjawiska działają globalnie, stale podnosząc średni poziom mórz na całym świecie, a inne lokalnie, wpływając na tempo podnoszenia się morza w danym miejscu, a w niektórych przypadkach prowadząc nawet do lokalnych spadków jego poziomu. Za procesy te w największym stopniu odpowiadają zjawiska bezpośrednio wynikające z rosnących, globalnych temperatur. Oto niektóre z nich.

Topnienie lodowców położonych na lądzie. Topnienie morskiej kry nie wpływa na poziom oceanu, bo, zgodnie z prawem Archimedesa, lód unoszący się na powierzchni wody i tak wypiera jej tyle, ile sam waży. Oznacza to, że nie ma znaczenia, czy woda jest zamrożona, czy nie - poziom wody pozostaje taki sam. Zupełnie inaczej ma się sprawa w przypadku lądowych pokryw lodowych. Woda z topniejących lodowców - czy to położonych wysoko w górach, czy na rozległych, arktycznych połaciach - wpadając do morza zwiększa jego poziom dokładnie tak, jak dolewanie wody z kranu podnosi jej poziom w szklance. Podobnie poziom morza podnosi wpadanie do niego ogromnych brył lodu z arktycznych lodowców.

Na świecie jest ponad 19 tys. lodowców. Między 1961 a 2016 r. straciły łącznie 9 mld ton lodu. Gdyby zgromadzić cały ten lód w jednym miejscu, pokryłby całe Niemcy warstwą grubą na 30 metrów.

Najwięcej lodu straciły lodowce na Alasce, Grenlandii i w Patagonii. Lodowce w Alpach, Kaukazie czy Nowej Zelandii także szybko się kurczą, ale ich niewielki, w porównaniu z arktycznymi, rozmiar sprawia, że nie przyczyniają się równie mocno do podnoszenia poziomu morza. Topnienie tych lodowców odpowiada za 25 do 30 proc. łącznego wzrostu poziomu morza w tym okresie.

Zmiany geologiczne wywołane topnieniem lodu. Szybkie topnienie lodowców wywołuje mniej zauważalne, ale bardzo intensywne zjawiska geologiczne, które również w istotnym stopniu wpływają na poziom mórz - globalnie i lokalnie. Znikanie lodowców wpływa na rozkład masy na Ziemi i budowę jej pola grawitacyjnego. Naukowcy ustalili, że ta zmiana rozkładu masy jest tak duża, że doprowadziła w ostatnich dziesięcioleciach do przesunięcia osi obrotu Ziemi. Topniejące arktyczne lodowce sprawiają, że w regionach polarnych masa lądów w mniejszym stopniu przyciąga morską wodę.

Poziom morza w pobliżu topniejących lodowców może więc paradoksalnie, spadać, ale ta sama woda odpływa w stronę Równika, sprawiając, że w cieplejszych regionach woda podnosi się jeszcze szybciej. Ten efekt może odpowiadać nawet za 30 proc. tempa podnoszenia się poziomu mórz w strefach umiarkowanych i tropikalnych.

To nie jedyny efekt geologiczny wpływający na poziom morza. Uwolnione od masy lodowców lądy odkształcają się i podnoszą, odpychając od siebie morze, wzmacniając efekt grawitacyjny.

Zmiany w składzie i zachowaniu oceanicznej wody. Woda z topniejących lodowców jest bardzo zimna, w porównaniu z wodą w otaczającym lodowiec morzu. Zazwyczaj ciepła woda unosi się na powierzchni, a zimna woda opada na dno. Jednocześnie słodka woda z lodowca unosi się na powierzchni, bo jest lżejsza od słonej. To sprawia, że w pobliżu topniejących lodowców tworzy się warstwa bardzo zimnej, bo dopiero co roztopionej wody. To ma dwa skutki. Po pierwsze taka woda szybciej zamarza, więc na oceanie tworzy się kra. To przyczyna tego, że miejscami na Antarktydzie w ostatnich latach kry na morzu przybywa, zamiast ubywać. Po drugie obecność takiej zimnej warstwy na powierzchni zaburza działanie prądów oceanicznych - ogromnych rzek transportujących ciepłą i zimną wodę. Prądy słabną, prowadząc do zmian w pogodzie (stanowią istotny element regulujący globalną temperaturę), ale też prowadzi to do zmian w rozkładzie poziomów wody w oceanie. Efekty tego zjawiska w jednych regionach mogą doprowadzić do zmniejszenia, a w innych do podwyższenia poziomu morza.

Ekspansja wody pod wpływem temperatury. Ciepłe powietrze jest rzadsze i lżejsze od zimnego. Dzięki temu zjawisku latają balony. Dokładnie tak samo zachowuje się woda: im wyższa jej temperatura, tym większą objętość zajmuje. To zjawisko trudne do zaobserwowania w szklance, ale w skali całego oceanu ma duży wpływ na jego poziom. W cieplejszych regionach już sama ekspansja wody do wpływem temperatury może odpowiadać za nawet jedną trzecią obserwowanego wzrostu poziomu mórz. Amerykanie szacują, że nawet u ich, stosunkowo chłodnych wybrzeży ekspansja może odpowiadać za wzrost poziomu wody o ponad 15 cm do 2100 r.

To nie koniec listy, bo wpływ na globalny i lokalny wzrost poziomu mórz ma jeszcze szereg innych czynników, od zjawisk sejsmologicznych, przez zmiany ciśnienia atmosferycznego i wiatru, wydobycie wód gruntowych czy pływy. Poziom oceanów nie zależy jedynie od topniejących lodowców, ma na niego wpływ zachowanie całego systemu atmosfery, hydrosfery i litosfery z wieloma sprzężeniami zwrotnymi, które mogą mieć wpływ na tempo wzrostu.

Trudno oszacować tempo wzrostu poziomu morza z dwóch powodów. Pierwszy wynika ze wspomnianej złożoności zjawiska. Naukowcy stale doskonalą modele matematyczne i komputerowe tworzące prognozy zmian klimatu i ich konsekwencji, dodając do nich nowe dane i nowoodkrywane zjawiska. Ale zawsze pozostaje pewien poziom niepewności wynikający z tego, że może istnieć jeszcze jakieś zjawisko czy sprzężenie zwrotne, którego dotąd nie zarejestrowaliśmy. Do tego prognozy muszą opierać się na różnych możliwych scenariuszach rozwoju zmian klimatycznych, zarówno takich, w których niemal natychmiast przestajemy emitować gazy cieplarniane i takich, w których ludzkość mówi sobie "trudno" i truje środowisko jeszcze bardziej, niż teraz. To dwie zupełnie różne przyszłości. I kilka metrów różnicy w poziomie mórz.

Jest jednak jeszcze jeden czynnik. I jest to, jak mawiają Anglicy, "słoń w pokoju". Coś tak wielkiego, że trudno nawet zacząć o tym rozmawiać. Antarktyda. Na tym kontynencie znajduje się aż 90 proc. całego lodu na Ziemi. Gdyby stopniał cały, poziom mórz wzrósłby aż o 60 m. Różne regiony tego kontynentu w różny sposób reagują jednak na zmiany klimatu. Mroźniejsza Antarktyda Wschodnia, zawierająca zdecydowaną większość antarktycznych lodowców, pozostaje względnie stabilna, choć i tam obserwuje się szybsze topnienie lodowców. Oddzielona od niej pasmem górskim Antarktyda Zachodnia jest w o wiele większym niebezpieczeństwie. Znajduje się w nieco cieplejszej strefie klimatycznej, a jej lodowce mają bezpośredni kontakt z coraz cieplejszą wodą morską, która topi je od spodu. Tempo, w jakim lodowce szelfowe położone w tym regionie spływają do morza, przyspieszyło w ostatnich latach ośmiokrotnie, a ich dezintegracja podniosłaby poziom mórz o ponad 4 m.

Ocena tempa, w jakim tracimy antarktyczny lód, jest kluczowa dla oszacowania tego, jak szybko będzie podnosić się poziom wody. Ale to bardzo trudne. Antarktyda, przez swoją niedostępność, jest nadal stosunkowo słabo zbadana, a naukowcy wciąż tworzą nadal precyzyjne mapy geologiczne opisujące na przykład to, jak wygląda morskie dno w pobliżu najbardziej zagrożonych lodowców. Jego ukształtowanie jest kluczowe, bo niektóre lodowce znajdują się na morzach tak płytkich, że stykają się z ich dnem - te są odporniejsze, bo mają podparcie i nie rozpadają się tak łatwo na kawałki. Inne leżą na powierzchni głębokiego morza i są narażone na podmywanie od spodu przez ciepłą wodę. To, jak szybko będzie przebiegać ten proces, jest jedną z największych niewiadomych w naszych modelach wzrostu poziomu oceanu.

Jedno z opublikowanych właśnie badań pokazuje, że załamanie się lodowca Antarktyki Zachodniej 125 tys. lat temu doprowadziło do podniesienia poziomu mórz o co najmniej 3 m. Obserwacje z satelitów, które przy pomocy czujników grawitacyjnych mierzą utratę masy lodowców, pokazują, że te lodowce tracą dziś masę bardzo szybko - szczególnie wysokie tempo obserwuje się w przypadku dwóch wielkich lodowców Pine Island i Thwaites. Woda z tych topniejących lodowców powoduje, że ocean w ich pobliżu staje się coraz słodszy, coraz bardziej rozwarstwiony i coraz zimniejszy.

Kolejną niewiadomą jest to, co znajduje się pod lodem. Struktura antarktycznego lądu może mieć bardzo duże znaczenie dla podnoszenia globalnego poziomu morza. W uproszczeniu chodzi o to, jak sprężysta jest tam pokrywa skalna. Jeśli jest bardzo lepka, to antarktyczne skały będą bardzo powoli reagować na zmiany obciążenia lodem. Wolniej "wyskoczą" w górę uwolnione od ich masy i nie wpłyną w wielkim stopniu na globalny poziom morza. Jeśli są bardziej sprężyste, podniosą się szybciej i mogą mieć duży wpływ na poziom mórz na całym świecie.

Dlatego nie wiemy do końca, co zrobi Antarktyda gdy klimat będzie się ocieplał. Dwa opublikowane modele dają dwie nie do końca spójne odpowiedzi. Model zespołu dr. Tamsin Edwards, klimatolożki z King’s College London pokazuje, że topnienie Antarktyki będzie przebiegać stosunkowo stabilnie, w dzisiejszym tempie. Opublikowany w tym samym czasie model prof. Roberta De Conto z Uniwersytetu Massachusetts przewiduje z kolei "efekt progowy", który miałby pojawić się około 2060 r. na skutek wzrostu globalnej temperatury o około 2 st. Celsjusza.

Te wszystkie niewiadome sprawiają, że w modelach szacujących przebieg zmian poziomu oceanów pojawia się niepewność. Wiemy, że poziom mórz wzrośnie, ale nie wiemy precyzyjnie jak bardzo i jak ten wzrost rozłoży się na świat. Największą nieznaną nadal jest przyszły poziom emisji CO2. Im więcej gazów cieplarnianych wyemitujemy, tym szybciej morza będą rosły. To akurat jest pewne.