Galopujące lodowce - Dlaczego powinniśmy się interesować temperaturą na Grenlandii

Prof. Jason E. Box -  glacjolog w duńskim instytucie badawczym Danmarks og Grønlands Geologiske Undersøgelse. Wcześniej pracował przez 10 lat w Byrd Polar Research Center na Uniwersytecie Stanowym Ohio. Zajmuje się przede wszystkim badaniami pokrywy lodowej na Grenlandii.

Dopiero po ośmiu latach badań na Grenlandii, gdzie zainstalowałem i obsługiwałem sieć stacji pogodowych na powierzchni lodowca oraz obserwowałem, ile śniegu znika z powierzchni wyspy, nagle zdałem sobie sprawę, że podręczniki do glacjologii wymagają istotnych zmian. Był rok 2002. Wcześniej dość powszechnie uważano, że pokrywa lodowa jest zamarznięta u podłoża, w związku z czym czas reakcji na ocieplanie się klimatu należy mierzyć w dziesiątkach tysięcy lat. A to kawał czasu.

Rzeki z topniejącego lodu i śniegu na Grenlandii spływają na dno lodowca, przyspieszając jego topnienie.

W tamtym okresie zmiany klimatu dopiero zaczynały być przedmiotem badań glacjologów na Grenlandii. Okazało się, że latem wody roztopowe w szybkim tempie przedostają się do podstawy lodowca i działają tam jak smar, który ułatwia jego przemieszczanie się. Nagle uświadomiliśmy sobie, że coraz dłuższy sezon topnienia lodu będzie oznaczał nie tylko to, iż coraz więcej lodu będzie w szybszym tempie spływało do oceanu, lecz również, że będzie to trwało dłużej na przestrzeni roku. Nie był to zresztą jedyny raz, gdy zaskoczyło nas, jak bardzo los lodowców jest związany ze zmianami klimatu oraz z nagłym podnoszeniem się poziomu morza.

Kolejne zaskoczenie przyszło w 2006 r. Okazało się, że z jakiegoś powodu w ciągu poprzednich pięciu lat wszystkie lodowce na południu Grenlandii, które mają ujście do morza, przesuwały się naprzód z dwukrotnie większą prędkością. Wtedy jeszcze nie wiedzieliśmy dlaczego.

Zmiany temperatury w Arktyce (obszarze powyżej 60°N) w okresie ostatnich 2 tysięcy lat, zrekonstruowane w pracy Kaufmann (2009), z uwzględnieniem poprawek i pomiarów NASA. Obserwowany spadek temperatury zakończył się w ostatnim stuleciu.

W międzyczasie naukowcy usiłowali określić prawdopodobną górną granicę wpływu topnienia lodu, który pokrywa Grenlandię, na podnoszenie się poziomu morza. Uważano wówczas jeszcze, że gwałtowny wzrost prędkości, z jaką lodowce przesuwają się w stronę oceanu, będzie w najbliższej przyszłości główną przyczyną zmniejszania się ilości lodu. A tu niespodzianka – od 2007 r., przez sześć kolejnych lat, lód znikał przede wszystkim przez to, że topniała jego wierzchnia warstwa. Niemal każdego lata padał wówczas rekord ilości wody, która spłynęła z topniejących lodowców, co miało wpływ na występowanie niespodziewanych zjawisk pogodowych, które w 2012 r. zostały już określone jako typowe skutki ocieplania się klimatu.

Zasięg topnienia lądolodu na Grenlandii 8 i 12 lipca 2012 roku. NASA

Te dwa efekty – przesuwanie się lodu w dół fiordów oraz jego topnienie na powierzchni – są w istocie ze sobą głęboko powiązane. Woda, która powstaje ze stopniałego lodu, spływa bowiem w głąb pokrywy lodowej, a przedostawszy się do jej podstawy zmiękcza lód i przyspiesza ruch lodowca. A gdy z czoła lodowca woda wypływa do morza, wówczas powoduje wymianę ciepła, która przyspiesza cielenie się lodowca (jego rozpad) i zmniejsza tarcie, zwiększając zarazem prędkość jego spływania. Można to ująć w ten sposób: jeśli chcesz wiedzieć, co dzieje się w Waszyngtonie, patrz którędy płyną pieniądze; natomiast na Grenlandii patrz, co się dzieje z wodą z roztopionego lodowca.

Schemat działania wody na lądolód Grenlandii. Ilutracja: Joanna Grochocka

Glacjolodzy stali się oceanografami, gdy w 2008 r. odkryli, że przyczyną pojawiania się tzw. „galopujących lodowców” są ciepłe wody podzwrotnikowe, które na wielkich głębokościach docierają do podstawy lodowców i tam je ogrzewają.

Ogrzewanie się oceanu znajduje się dziś w centrum debaty o zmianach klimatu. Na skutek wzmocnionego efektu cieplarnianego znacznie więcej ciepła trafia do oceanu, niż do atmosfery czy też ogrzewa ląd. W końcu oceany stanowią 70 procent powierzchni Ziemi. Tak więc pomimo tego, że w latach 1998-2012 zanotowaliśmy pewne oznaki spowolnienia podwyższania się temperatury powietrza, to oceany nagrzewały się bezustannie w tak ogromnym tempie, jakby co sekundę wybuchały w nich cztery bomby atomowe. I to tempo ogrzewania oceanu rośnie, ponieważ bez przerwy ładujemy w atmosferę dwutlenek węgla.

Problem, który leży u podstaw globalnego ocieplenia, można by podsumować tak: „za dużo dobrego naraz”. Naturalny efekt cieplarniany – zjawisko dobre i pożądane – pozwala utrzymać w nocy umiarkowane temperatury. Został on jednak nadmiernie wzmocniony, ponieważ od ponad stu lat gigantyczny wzrost ekonomiczny następuje kosztem środowiska naturalnego. Na skutek tego w atmosferze jest dziś 42 procent więcej dwutlenku węgla, 240 procent więcej metanu, 20 procent więcej podtlenku azotu, 42 procent więcej ozonu w troposferze, i tak dalej... Moi drodzy, mamy w chwili obecnej w atmosferze o wiele za dużo związków węgla. A tak na marginesie, zanieczyszczenie dwutlenkiem węgla wzmaga zakwaszenie wód oceanicznych, zagrażając podstawie morskiego łańcucha pokarmowego. Czy znajdzie się ktoś, kto będzie zaprzeczał, że skład chemiczny oceanu się zmienia? A może za bardzo odszedłem od tematu?

Globalny wzrost poziomu mórz od 1992 do 2015 roku. Aviso

Najważniejszą kwestią do ustalenia jest to, jak bardzo w przyszłości podniesie się poziom morza z powodu topnienia pokrywy lodowej. Problem w tym, że nie mamy pojęcia, czego się spodziewać.

Natura zaskakuje nas na każdym kroku – jest bardziej złożona, niż myśleliśmy i bardziej wrażliwa na zmiany. W miarę rozwoju nauki dostrzegamy coraz więcej wzajemnych powiązań, a nakładające się na siebie skutki poszczególnych procesów przynoszą zaskakująco szybkie reakcje.

Czy jest szansa na to, że włączy się jakiś proces, który sprawi, że ocieplanie się klimatu spowodowane działalnością człowieka, a w konsekwencji topnienie lodu, zostanie zatrzymane? Olbrzymi ładunek ciepła w oceanach, który jest rezultatem dziesięcioleci wzmacniania efektu cieplarnianego, w zasadzie pozbawia nas nadziei, że pojawią się jakieś ujemne sprzężenia zwrotne lub że mniejsza aktywność Słońca powstrzyma ocieplanie się klimatu. Choć udało się odkryć kilka ujemnych sprzężeń zwrotnych związanych z lodem – cieplejszy klimat sprawia, że lód na Grenlandii pokrywa więcej śniegu, szron mocniej odbija światło, przepływ wody pod powierzchnią lodowca jest lepszy – to jest jasne, że ich wpływ jest niewystarczający. Również w skali globalnej, pomimo efektów takich jak na przykład większa ilość chmur, wciąż nic nie zatrzymuje wzrostu temperatury. Istota sprzężeń zwrotnych, czy to dodatnich czy ujemnych, polega na tym, że zachodzą one po tym, gdy pojawiła przyczyna, która je wywołuje. W związku z tym nie są w stanie odwrócić zakłóceń, które je wywołały.

Kolejne stadia destabilizacji lodowca Pine Island.
1. Początek lat 1970. Lodowiec jest zakotwiczony na podmorskim grzbiecie
2. Ciepłe okołobiegunowe wody głębinowe topią podstawę lodowca
3. Sytuacja obecna – lodowiec staje się coraz cieńszy i cofa się.
Źródło

Wygląda na to, że najistotniejszą przyczyną gwałtownego podnoszenia się poziomu morza jest niemożliwa już do zatrzymania utrata lodu w kluczowych miejscach na zachodzie Antarktydy, a w innych rejonach jest to większa niż się spodziewaliśmy niestabilność lodu pod powierzchnią wody. Jak na wschodzie Antarktydy, gdzie lodowce topnieją w bardzo szybkim tempie lub na Grenlandii, gdzie uaktualnione mapy skał pokazują, że lodowce mają styczność z wodą morską średnio czterdzieści kilometrów dalej w głąb lądu niż dotychczas sądziliśmy. Z kolei nowe podwodne mapy fiordów pokazują, że są one głębsze niż przypuszczano, co zwiększa prawdopodobieństwo, że nagrzane wody oceaniczne z dużych głębokości mają większy dostęp do lodowców niż się nam wcześniej wydawało. Znów niespodzianka.

Jeśli zaś brać pod uwagę ostatnie dziesięć lat badań naukowych, można śmiało stwierdzić, że takich niespodzianek czeka nas więcej.

Tym bardziej, że modele klimatu, które używa się do przewidywania przyszłych temperatur, nie biorą pod uwagę kluczowych procesów, które najprawdopodobniej będą wzmagać ocieplenie klimatu lub skutki ocieplenia, zamiast je osłabiać.

Mimo wieloletnich badań prowadzonych przez świetnych naukowców zajmujących się modelowaniem klimatu, modele używane do przedstawiania sytuacji politykom nie biorą pod uwagę głównych procesów fizycznych, które sprawiają, że lód topi się tak szybko. Nie uwzględniają one tego, że lód staje się bardziej miękki pod wpływem wody spływającej z roztopionego lodowca.

Modele klimatu nie biorą również pod uwagę wzmocnionej konwekcji w morzu przy czole lodowca, która wymusza wymianę ciepła pomiędzy ocieplającą się wodą a lodem, aż do głębokości, na której spoczywa on na dnie.  Nie uwzględniają także glonów porastających lodowiec, które przyciemniają powierzchnię lodu, przez co bardziej się on nagrzewa. Ani tzw. „czarnego lodu” na powierzchni lodowca, który jest pełen pyłu nagromadzonego w ostatnim stadium epoki lodowej, zbierającego się od góry w miarę topienia lodu. Ani coraz częstszych pożarów, na skutek których na powierzchni śniegu osiada sadza, która pochłania światło i powoduje, że śnieg zaczyna topnieć wcześniej, a topnienie lodu latem jest bardziej intensywne.

Odchylenia temperatur od średniej 1981-2010 w Arktyce latem 2012 roku. NOAA/NCAR

Nieuwzględnienie tych oraz prawdopodobnie innych, nieznanych jeszcze czynników sprawia, że w ramach istniejących modelów klimatycznych prognozy dotyczące topnienia śniegu na lądzie są zaniżone czterokrotnie, zaś te dotyczące topnienia lodu morskiego – dwukrotnie. Modele nie rozwiązują również problemu spowolnionego prądu strumieniowego, który w latach 2007-2012 oraz w 2015 r. wywołał na Grenlandii wyjątkowo słoneczne lato. Lód stopniał wówczas tak mocno, jak według naszych modeli miał topnieć dopiero około 2100 r.

Podczas gdy w pojedynczych modelach udaje się uzyskać wyniki zbliżone do rzeczywistych obserwacji tego lub innego kawałeczka systemu klimatycznego, to światowe raporty, których celem jest pomagać w podejmowaniu decyzji dotyczących polityki klimatycznej oraz w prowadzeniu dyskusji na temat zmian klimatu na poziomie poszczególnych państw, stanowią niezwykle konserwatywne uśrednienie dziesiątek modeli, które nie uwzględnia najnowszych odkryć.

Tak więc – niestety – jeśli chodzi o topnienie lodowca i tempo, w jakim w przyszłości będzie wzrastał poziom morza, gdybym miał przyjmować zakłady, postawiłbym na to, że będzie działo się to szybciej, niż wskazują na to obecne prognozy.

Źródło: Earth's Ice Is Melting Much Faster Than Forecast. Here's Why That's Worrying. Tłumaczenie: Krytyka polityczna, Martyna Tomczak