Antarktyda spływa. Utrata lodu zaowocuje podniesieniem poziomu mórz

Kolejne symulacje przeprowadzone przez naukowców z Instytutu Oceanografii Scripps na Uniwersytecie Kalifornijskim w San Diego sugerują, że woda roztopowa wypływająca do morza spod lodowców Antarktyki powoduje szybszą utratę lodu.

Wyniki symulacji komputerowych sugerują, że efekt ten jest wystarczająco duży, aby w znaczący sposób przyczynić się do globalnego wzrostu poziomu morza w scenariuszach wysokiej emisji gazów cieplarnianych.

Dodatkowa utrata lodu spowodowana wypływaniem wody roztopowej do morza spod lodowców Antarktyki nie jest obecnie uwzględniana w modelach generujących prognozy dotyczące głównego wzrostu poziomu morza, takich jak modele Międzyrządowego Zespołu ds. Zmian Klimatu (IPCC). Jeśli proces ten okaże się ważnym czynnikiem powodującym utratę lodu na całej pokrywie lodowej Antarktydy, może to oznaczać, że obecne prognozy nie doceniają tempa wzrostu poziomu morza na świecie w nadchodzących dziesięcioleciach.

"Wiedza o tym, kiedy i o ile podniesie się poziom morza na świecie, ma kluczowe znaczenie dla bezpieczeństwa społeczności przybrzeżnych" powiedział dr Tyler Pelle z Instytutu Scrippsa. "Miliony ludzi żyją w nisko położonych strefach przybrzeżnych. Nie możemy odpowiednio przygotować naszych społeczności na zmiany bez dokładnych prognoz wzrostu poziomu morza".

Badanie, opublikowane 27 października w czasopiśmie Science Advances i sfinansowane przez National Science Foundation (NSF) i NASA modelowało cofanie się dwóch lodowców na Antarktydzie Wschodniej do roku 2300 w ramach różnych scenariuszy emisji. Model tworzył też prognozę tego, w jakim stopniu proces topnienia tych lodowców przyczyni się do globalnego wzrostu poziomu morza. Naukowcy po raz pierwszy uwzględnili w tej symulacji przepływu wody roztopowej spod lodowców do morza, znany jako wyładowanie subglacjalne.

Dwa lodowce, na których skupiono się w badaniu, Denman i Scott, zawierają razem wystarczającą ilość lodu, aby spowodować podniesienie się poziomu morza na całym świecie o prawie 1,5 metra. W scenariuszu wysokich emisji (scenariusz IPCC SSP5-8.5, który nie zakłada nowej polityki klimatycznej i przewiduje emisję CO2 wyższą o 20% do 2100 r.), model wykazał, że wyładowania podlodowcowe zwiększyły udział tych lodowców we wzroście poziomu morza o 15,7%, z 19 milimetrów do 22 milimetrów do roku 2300.

Lodowce te, położone tuż obok siebie, znajdują się na szczycie rowu kontynentalnego o głębokości ponad trzech kilometrów. Gdy cofną się aż do stromych zboczy tego rowu, tempo ich topnienia ma dramatycznie przyspieszyć. Po uwzględnieniu wody wypływającej spod lodowca, symulacje przewidziały, że oba lodowce przekroczą ten próg o 25 lat wcześniej.

"Ten artykuł jest sygnałem alarmowym. Pokazuje, że nie można dokładnie modelować tych układów bez uwzględnienia tego procesu" mówi współautor badania Jamin Greenbaum.

Kluczowe jest jednak to, jakie działania podejmie ludzkość. W symulacjach, w których założono, że emisje gazów cieplarnianych będą spadać, lodowce nie cofnęły się aż do rowu kontynentalnego, co pozwoliło zapobiec gwałtownemu, niekontrolowanemu wzrostowi poziomu morza.

Na Antarktydzie subglacjalna woda roztopowa powstaje w wyniku topnienia, które ma miejsce w miejscu, gdzie lód styka się z podłożem skalnym. Głównymi źródłami ciepła topiącego lód stykający się z ziemią jest tarcie powodowane przez przesuwanie się lodowca oraz ciepło geotermalne z wnętrza Ziemi przenikające przez skorupę.

Wcześniejsze badania sugerowały, że subglacjalna woda roztopowa jest powszechną cechą lodowców na całym świecie i że występuje pod kilkoma innymi masywnymi lodowcami Antarktyki, w tym niesławnym lodowcem Thwaites na Antarktydzie Zachodniej.

Uważa się, że kiedy wyładowania subglacjalne wypływają do morza, przyspieszają topnienie szelfu lodowego - długiego pływającego języka lodu, który rozciąga się nad powierzchnią morza. Uważa się, że wyładowania podlodowcowe przyspieszają topnienie szelfu lodowego i cofanie się lodowców, powodując mieszanie się oceanów, co powoduje powstawanie dodatkowego ciepła oceanicznego we wnęce pod lodowcem. To wzmożone topnienie szelfu lodowego powoduje następnie przyspieszenie topnienia lodowca pozostającego na kontynencie. 

Badacze zainteresowali się problemem w 2021 r., gdy pomiary wykazały, że szelf lodowca Denman na Antarktydzie Wschodniej topnieje szybciej, niż oczekiwano. Co zaskakujące, szelf sąsiedniego lodowca Scotta topniał znacznie wolniej pomimo praktycznie identycznych warunków oceanicznych.

Aby sprawdzić, czy wyładowania subglacjalne mogą wyjaśnić obserwacyjne dane, a także czy subglacjalna woda roztopowa może przyspieszyć wzrost poziomu morza, zespół połączył modele dla trzech różnych środowisk: pokrywy lodowej, przestrzeni między lodem i podłożem skalnym oraz oceanu. Następnie badacze wykorzystali taki model do wygenerowania serii projekcji do roku 2300 przy użyciu superkomputera NASA.

Projekcje obejmowały trzy główne scenariusze: pierwszy, zakładający brak dodatkowego ocieplenia oceanów czyli natychmiastowe zatrzymanie globalnego ocieplenia, ścieżkę niskiej emisji (SSP1-2.6) i ścieżkę wysokiej emisji (SSP5-8.5). Dla każdego scenariusza badacze stworzyli prognozy uwzględniające wpływ współczesnych poziomów wyładowań subglacjalnych i takie, które ich nie obejmowały.

Symulacje wykazały, że uwzględnienie wpływu wody spod lodowców tłumaczy obserwacje z lodowców Denman i Scott. Drugi z lodowców topnieje wolniej, bo, co wykazała symulacja, Jeśli chodzi o to, dlaczego lodowiec Scott topił się znacznie wolniej niż Denman, Pelle powiedział, że model pokazał, że strumień, którym wypływa spod lodowca woda jest o wiele słabszy.

W scenariuszu wysokich emisji, który uwzględniał wyładowania podlodowcowe, lodowce Denman i Scott cofnęły się do znajdującego się pod nimi rowu o głębokości 3 km do 2240 r., około 25 lat wcześniej niż w modelach nie obejmujących wyładowań podlodowcowych. Gdy Denman i Scott cofną się za krawędź tego rowu, ich roczny udział w podnoszeniu poziomu morza gwałtownie wzrośnie. Lodowce przyczynią się do globalnego wzrostu poziomu morza o ok. 33 mm rocznie. Lodowce stracą bowiem oparcie, skutkiem czego wpadną w pętlę dodatniego sprzężenia zwrotnego. Im szybciej będą się cofać, tym gwałtowniej będzie przebiegać proces dalszego topnienia lodu.

"Pod większością, jeśli nie wszystkimi lodowcami Antarktyki, w tym lodowcami Thwaites, Pine Island i Totten, znaleziono subglacjalną wodę roztopową" podkreśla Pelle. "Wszystkie te lodowce cofają się, przyczyniając się do podnoszenia się poziomu morza, a my pokazujemy, że wyładowania podlodowcowe mogą przyspieszać ten proces". Badacze planują teraz przeprowadzić symulacje obejmujące całą pokrywę lodową Antarktydy.