Topnienie lądolodu Antarktydy już w tym stuleciu może przyczynić się do wzrostu poziomu morza o ponad metr.

W ostatnim raporcie IPCC z 2013 roku wzrost średniego poziomu morza w scenariuszu biznes-jak-zwykle (RCP8.5) został szacowany na 0,5-1 m do 2100 roku, z pomijalnym wkładem z topniejących lądolodów Antarktydy i Grenlandii:

Podczas gdy topnienie powierzchni lądolodu pozostanie małe, oczekuje się wzrostu opadów nad Antarktydą (średni poziom pewności), tak że wkład bilansu masy do zmian przyszłego poziomu oceanów będzie ujemny. (…) Rozpad spoczywających na dnie sektorów lądolodu antarktycznego – gdyby się rozpoczął - mógłby doprowadzić do wzrostu globalnego średniego poziomu morza znacznie ponad prawdopodobny zakres dla XXI wieku. Ze średnim poziomem wiarygodności możemy powiedzieć, że ten możliwy dodatkowy wkład nie spowoduje wzrostu poziomu morza w XXI w. o więcej niż kilka dziesiątych metra.

Rysunek 1. Projekcje wzrostu średniego poziomu morza w XXI wieku względem okresu 1986-2005 na podstawie złożenia symulacji CMIP5 z symulacjami modelami bazującymi na procesach dla scenariuszy RCP2.6 i RCP8.5. Kolorowe pionowe pasy obrazują oszacowane prawdopodobne zakresy w okresie 2081-2100 dla wszystkich scenariuszy RCP, a odpowiednie mediany pokazano liniami poziomymi. Źródło 5 raport IPCC.

Wiele wskazuje na to, że prognozy IPCC (nie po raz pierwszy zresztą) mogą być zbyt konserwatywne, szczególnie w zakresie stabilności lądolodów i możliwego tempa ich rozpadu w ocieplającym się klimacie. Według większości oszacowań wzrost poziomu morza o kilka metrów zajmie 200-1000 lat, jednak w najgorszym możliwym scenariuszu nie możemy wykluczyć, że proces ten zajdzie znacznie szybciej.

Lądolód Antarktydy – nie aż tak stabilny

Dane geologiczne wskazują, że w poprzednim interglacjale eemskim (130-115 tysięcy lat temu), w którym średnia temperatura powierzchni Ziemi była wyższa o zaledwie ułamek stopnia niż dziś a stężenie CO₂ niższe o 30%, poziom morza był wyższy o 6-9 metrów. Zaś w pliocenie 3 miliony lat temu, gdy stężenie CO2 było zbliżone do obecnego a temperatura wyższa o 1-2°C, poziom morza był wyższy o mniej więcej 20 metrów. Istotnym czynnikiem wpływającym na zmiany światowego poziomu morza musiało być topnienie olbrzymiego lądolodu Antarktydy.

Wkład jego topnienia w obserwowany współcześnie wzrost światowego poziomu morza jest na razie niewielki, rzędu 1/3 milimetra rocznie. Jednak wyraźnie przyspiesza, a co gorsza, coraz więcej badań pokazuje, że pozornie stabilny lądolód może być bardzo wrażliwy na ocieplenie. Przyczyną jest podmywanie spoczywającego w dużej części na dnie oceanicznym lądolodu przez coraz cieplejsze wody oceanu oraz geometria dna oceanicznego, które w wielu miejscach opada w stronę kontynentu. Jak opisujemy to dokładniej w tekście Rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej nieunikniony, cofnięcie się linii gruntowania lądolodu z grzbietów oceanicznych (na których są obecnie „zakotwiczone”) na głębszą wodę może w związku z tym prowadzić do ich przyśpieszonego cofania się.

Stopniowy postęp w zrozumieniu zjawisk zachodzących na styku lądolodu, oceanu i atmosfery pomaga zrozumieć ich interakcje i sprzężenia zwrotne, mogące prowadzić do zaskakująco dynamicznej odpowiedzi lądolodu na zmiany temperatury, skutkującej m.in. gwałtownymi zmianami poziomu morza, podobnymi do tych sprzed 14 000 lat, kiedy to światowy poziom morza podnosił się w tempie 5 metrów na stulecie.

Kluczem do zrozumienia dynamiki dezintegracji lądolodu mogą okazać się procesy szczelinowania hydraulicznego i rozpadu klifów lodowych.

Szczelinowanie hydrauliczne ma miejsce, gdy pochodząca z deszczu lub topnienia powierzchniowego woda wypełnia szczeliny w lodzie. Jeśli są one wystarczająco głębokie, ciśnienie wody rozszczepia lód jeszcze bardziej. Zjawisko to występuje w warunkach, gdy temperatury na powierzchni przekracza próg topnienia – a letnie temperatury nad leżącymi na obrzeżach kontynentu lodowców szelfowych już dziś dochodzą (a czasem wręcz przekraczają) 0°C. Postępujące ocieplenie może doprowadzić do pojawienia się na powierzchni lodowców wody z opadów i roztopów.

Proces rozpadu klifów lodowych jest następstwem ograniczonej wytrzymałości lodu i załamywania się jego zbyt wysokich ścian pod swoją własną wagą.

No to zobaczmy, co z tego wynika…

Autorzy nowego badania, opublikowanego w czasopiśmie Nature (DeConto i Pollard, 2016) stworzyli model lądolodu uwzględniający te dynamiczne procesy, poprawnie odtwarzający zmiany poziomu morza w Pliocenie 3 miliony lat temu i interglacjale eemskim.

 

Rysunek 2. Od góry kolejne fazy cofania się lądolodu powodowanego przez ocieplenie oceanu i atmosfery. Różowa strzałka pokazuje napływ ciepłej wody do podstawy lądolodu. d) Stabilna, kończąca się w oceanie krawędź lądolodu, z podpierającym go lodowcem szelfowym. Topnienie zanurzonego w wodzie lodowca przyspiesza wraz z ocieplaniem się wód oceanu. Topnienie lodu na powierzchni i opady deszczu powodują wnikanie wody w szczeliny lodowe i hydrauliczne kruszenie lodu. e) Roztapiający się od dołu i od góry coraz cieńszy lodowiec szelfowy słabnie, maleje też jego zdolność blokowania płynącego z lodowca lodu, który w związku z tym szybciej spływa w kierunku oceanu. Linia gruntowania cofa się na głębszą wodę. f) Gdy topnienie lodu przez wody oceanu oraz cielenie się gór lodowych doprowadzają do zaniku lodowca szelfowego pionowe klify o wysokości 800 metrów w wodzie lub 90 m nad wodą stają się mechanicznie niestabilne i rozpadają się – krawędź lodu szybko się cofa. Źródło.

Następnie model został "potraktowany" zmianą klimatu prognozowaną w różnych scenariuszach emisji gazów cieplarnianych. Rezultat? Jeśli emisje gazów cieplarnianych zostaną szybko ścięte do zera, z symulacji wynika, że przyczynek topnienia lądolodu Antarktydy do wzrostu poziomu morza wciąż jeszcze może być bardzo niewielki.

Jednak w scenariuszu emisji biznes-jak-zwykle topnienie lądolodu Antarktydy już w tym stuleciu może przyczynić się do wzrostu poziomu morza o ponad metr (a wraz z innymi czynnikami, takimi jak rozszerzalność termiczna wody czy topnienie lodowców i lądolodu Grenlandii o 2 metry).

Jak zauważa prof. DeConto:

To byłaby katastrofa dla nisko położonych miast (…) Jeśli nie zatrzymamy globalnego ocieplenia tempo wzrostu poziomu morza zmieni się z milimetrów na centymetry rocznie. (…) Wtedy będziemy mówili o ewakuacji [miast], a nie budowie umocnień brzegowych.

Do 2500 roku do oceanu trafi zaś tak wiele wody z topniejącego lądolodu Antarktydy, że poziom morza (tylko z tego źródła) wzrośnie o ponad 15 metrów. Oznaczałoby to zatopienie wszystkich portów i większości nadbrzeżnych miejscowości a nawet dużej części powierzchni niektórych państw.

Rysunek 3. Przyczynek do wzrostu średniego światowego poziomu morza w wyniku topnienia lądolodu Antarktydy. W scenariuszu emisji RCP2.6 w ciągu około 30 lat emisje spadają do zera. W scenariuszu emisji RCP8.5 (biznes-jak-zwykle) topnienie lądolodu Antarktydy prowadzi do szybkiego wzrostu poziomu morza. Źródło

 

Rysunek 4. Antarktyda w 2500 roku w scenariuszu emisji RCP8.5 (biznes-jak-zwykle). Pozbawiona lodu powierzchnia Antarktydy jest pokazana na brązowo. Źródło

 

Rysunek 5. Zbliżenie na sektor Morza Amundsena (lądolód Antarktydy Zachodniej) w scenariuszu emisji RCP8.5 (biznes-jak-zwykle). Źródło

Według DeConto rezultaty symulacji eksponują wybór przed którym stoi ludzkość. Jeśli model poprawnie oddaje procesy fizyczne, to proces rozpadu lodowców szelfowych, za którym pójdzie rozpad klifów lodowych, gdy już się rozpocznie, to będzie nie do zatrzymania.

Gdy wody oceanu się nagrzeją, lód nie wróci na swoje obecne miejsce dopóki ocean znów się nie ochłodzi – co może zająć tysiące lat. To, co obecnie robimy, będzie mieć bardzo długoterminowe konsekwencje.

Czas pokaże, którą drogę wybierzemy.

Marcin Popkiewicz
na podstawie: Contribution of Antarctica to past and future sea-level ris

Źródło: Nauka o klimacie
www.naukaoklimacie.pl