NOAA Arctic Report Card 2019 cz. 6

Pokrywa śnieżna

Najważniejsze dane:

• Po dwóch latach większej niż zwykle powierzchni pokrywy śnieżnej wiosną 2019 roku nastąpił zwrot. W latach 2005-2016 pomiary wskazywały sukcesywny spadek powierzchni śniegu na półkuli północnej. W 2017 trend ten został przerwany. Powierzchnia pokrywy śnieżnej w Ameryce Północnej była w maju 2019 piątą najmniejszą w historii pomiarów, a w czerwcu trzecią.
• Wieloletni trend spadku powierzchni śniegu na półkuli północnej i w Arktyce w maju i czerwcu wciąż ma miejsce i wynosi 3,4% na dekadę dla maja i 15,2% dla czerwca. 
• Wyjątkowo wczesne topnienie śniegu wystąpiło w marcu w północno-zachodniej części kanadyjskiej Arktyki i na Alasce. W całej Kanadzie topnienie śniegu miało ogólnie przedwczesny charakter. Wiosną szybko znikał śnieg także w Europie. 
• Ilość zalegającego w Eurazji śniegu w czasie zimy mieściła się w granicach normy.

Arktyczne obszary lądowe (na północ od 60°N) przez cały rok pokrywa śnieg. Okres letni trwa bardzo krótko. Większość śniegu wtedy znika do lipca. Tak było w XX wieku. W ostatnich latach z powodu ocieplającego się klimatu lato w Arktyce staje się coraz wyraźniej widoczną porą roku, która nie jest już krótkim okresem przejściowym między wiosną a jesienią. Moment, kiedy topnieje śnieg w Arktyce jest ważny. Im wcześniej on topnieje, tym szybciej odsłaniana jest ciemna, absorbująca promieniowanie słoneczne powierzchnia ziemi. Ciepłe masy powietrza mogą więc szybciej dotrzeć nad Ocean Arktyczny i spowodować przedwczesne topnienie lodu.

Zbierane co roku dane pokazują, że w ostatnich 15 latach śnieg zaczynał się topić coraz wcześniej. Oczywiście, w każdym roku sytuacja jest zawsze inna ze względu na zmiany w pogodzie. Ostatnie kilka lat charakteryzuje się zwiększoną ilością śniegu, przez co na danym kontynencie potrzeba więcej czasu na jego stopienie. Dlatego w latach 2017-2018 zaobserwowano nagłe odwrócenie trendu.

Poniższe dane ilustrują zmiany powierzchni śniegu oddzielnie: dla Ameryki Północnej i Eurazji, dla kwietnia, maja i czerwca. 

 Odchylenia powierzchni pokrywy śnieżnej dla maja i czerwca w latach 1967-2019 względem średniej 1981-2010. Wykres przedstawia dane dla Ameryki Północnej – czarny kolor oraz Eurazji – kolor czerwony. Krzywe pokazują 5-letnią średnią, zaś kółka średnie wartości miesięczne. NOAA, Climate Data Record (CDR)

W 2019 roku śnieg zajmował zdecydowanie mniejszy obszar niż zwykle. W Eurazji odchylenia były ujemne zarówno w maju jak i w czerwcu. W Ameryce Północnej pokrywa śnieżna zajmowała jeszcze mniejszą powierzchnię. W maju miała piątą najmniejszą w historii pomiarów powierzchnię, a w czerwcu trzecią. Globalnie powierzchnia śniegu tak jak zasięg lodu morskiego maleje z dekady na dekadę. Tak samo jak w przypadku zmian w czapie polarnej Oceanu Arktycznego, tak samo w przypadku śniegu rokrocznie występują fluktuacje. 

Powierzchnia pokrywy śnieżnej na półkuli północnej w maju 2019 roku wyniosła 17,06 mln km², i była ósmą najmniejszą w historii pomiarów. Rekord należy do roku 2010. W czerwcu sytuacja wyglądała już inaczej - powierzchnia śniegu była czwartą najmniejszą w historii 53-letnich pomiarów - 5,94 mln km², a w lipcu siódmą najmniejszą w historii - 2,61 mln km². Przy czym w przypadku lipca różnice są niewielkie, a rekord należący do 2012 roku wynosi 2,33 mln km².  

 Czas występowania pokrywy śnieżnej w dniach, w odniesieniu do okresu 1998-2010. Pe lewej –  sierpień-styczeń 2018/19, po prawej – luty-lipiec 2019.

O ile jesienią, a potem zimą w związku ze wzrostem ilości wilgoci w atmosferze (pary wodnej) śnieg może obejmować większe obszary i leżeć dłużej, to wiosną, szczególnie pod jej koniec wygląda to inaczej. Żółte odcienie na mapie pokazują, że śnieg leżał krócej niż zwykle. Istnieje pewny związek z momentem pojawienia się śniegu jesienią, a tym jak długo będzie on występować wiosną. Ale nie zawsze czy nie w każdym przypadku tak musi być.  

Jak możemy zauważyć na mapach, śnieg dość wcześnie pojawił się kanadyjskiej Arktyce, szczególnie w jej wschodniej części. Później niż zwykle opady śniegu pojawiły się w sporej części Eurazji i na Alasce. Takie, dość skrajne rozłożenie wynika ze wzorców pogodowych i zmian w prądzie strumieniowym. Bardziej wyważona jest sytuacja wiosną ze względu na szybsze niż kiedyś topnienie śniegu. Widać to nie tylko Europie, gdzie zimy są coraz krótsze, ale też kanadyjskiej Arktyce, południowo-wschodniej części Syberii i na Alasce. Topnienie śniegu bardzo wcześnie, bo już w marcu zaczęło się w północno-zachodniej części Kanady i na Alasce.  Potem w maju w północno-wschodniej części Kanady (Ziemia Baffina i północny Labrador). Sytuacja ta była związana z uporczywą adwekcją ciepłego powietrza. Szybkie znikanie śniegu w kanadyjskiej Arktyce i napływ ciepła doprowadziły do wczesnych roztopów na Grenlandii, a także szybkiego topnienia lodu m.in. na Morzu Baffina. Mapa obok (kliknij, aby powiększyć) pokazuje odchylenia temperatur od średniej 1981-2010 w Ameryce Północnej w okresie marzec-maj 2019.

Odchylenie głębokości pokrywy śnieżnej w procentach względem średniej 1999-2017, dla a) marca, b) kwietnia, c) maja, d) czerwca 2019 roku.

Dane z Kanadyjskiego Centrum Meteorologicznego (CMC), pokazują procentowe anomalie grubości pokrywy śnieżnej od marca do czerwca 2019. Grubość pokrywy śnieżnej w sezonie 2018/19 w Eurazji utrzymywała się w granicach normy. W Ameryce Północnej niezwykle szybkie topnienie śniegu w północno-zachodniej Kanadzie spowodowało, że grubość pokrywy śnieżnej znacznie się zmniejszyła. Jeszcze gorzej wyglądała sytuacja w Europie. W kwietniu ujemne odchylenia objęły cały obszar wokół Arktyki za wyjątkiem Labradoru i części zachodniej Syberii. Silne adwekcje ciepła (dodajmy tu fakt też ciepłych wód Morza Baffina) w kanadyjskiej Arktyce spowodowały szybkie topnienie na Ziemi Baffina, pokazuje to mapa d). 

 Średnie odchylenia (1981-2010) ilości ekwiwalentu wody zawartej w pokrywie śnieżnej dla kwietnia w latach 1980-2019. Czarnym kolorem oznaczona jest Ameryka Północna, czerwonym Eurazja. Wyróżnione punkty oznaczają rok 2019.

Ilość zawartej wody w pokrywie śnieżnej przekłada się jej grubość i powierzchnię. Podobnie jak w przypadku lodu morskiego Arktyki. Widzimy więc na wykresie długofalowy spadek. Od 2000 roku obserwuje się występujące w większości przypadków ujemne anomalie ilości wody w śniegu. To oznacza, że z dekady na dekadę wiosną śniegu wokół Arktyki jest coraz mniej. Ale nie w każdym roku tak musi być ze względu na zmiany wzorców pogodowych. 

Akumulacja śniegu w casie zimy 2018/19 była zbliżona do średniej w Eurazji. W przypadku Ameryki Północnej, wcześniejsze niż zwykle topnienie śniegu na terenie północno-zachodniej Kanady i na Alasce spowodowało, że ilość zawartej w nim wody w kwietniu była niższa niż zwykle. Szybkie wiosenne roztopy sprawiają, że obserwowany jest trend spadkowy powierzchni pokrywy śnieżnej - wynosi on 3,4% na dekadę dla maja i 15,2% dla czerwca.

Emisje węgla organicznego z wiecznej zmarzliny 

Najważniejsze dane:

• Wieczna zmarzlina zawiera szacunkowo od 1460 do 1600 mld ton węgla organicznego, dwukrotnie więcej niż obecnie znajduje się w atmosferze. 
• Region zmarzliny jest wrażliwy na zmiany klimatu. Ocieplenie sprzyja mikrobiologicznym procesom konwersji węgla w podłożu i przekształcaniu go w gazy cieplarniane, które trafiają do atmosfery.
• Nowe pomiary wskazują, że wieczna zmarzlina uwalnia od 300 do nawet 600 mln ton węgla organicznego rocznie, głównie w postaci metanu. Oznacza to, że wynikłe z tego dodatnie sprzężenia zwrotne właśnie się uruchamiają. 

Arktyka ociepla się dwa razy szybciej niż reszta świata. Rosnące tam temperatury z powodu topnienia śniegu i lodu powodują ogrzewanie i tym samym topnienie wiecznej zmarzliny. Znajdujący się tam węgiel organiczny uwalnia się pod wpływem wzrostu temperatur. Dawniej takie miejsca jak Syberia wyglądały inaczej niż dziś, panował tam ciepły klimatu z dużą ilością roślinności i terenów bagiennych. Zgniła materia pochodzenia roślinnego jest zakonserwowana dzięki permanentnie panującym tam niskim temperaturom. Teraz jednak to się zmienia. Ocieplenie wiecznej zmarzliny powoduje emisje głównie metanu (CH₄) i dwutlenku węgla (CO₂) do atmosfery. To element dodatniego sprzężenia zwrotnego globalnego ocieplenia.

Zasoby węgla w wiecznej zmarzlinie 
Na podstawie oszacowań wiemy, że wieczna zmarzlina na Syberii, w kanadyjskiej Arktyce i na Alasce kryje w sobie od 1460 do 1600 mld ton węgla organicznego.  Od 65 do 70% tych zasobów znajduje się tuż pod powierzchnią gruntu - w warstwie liczące zaledwie 3 metry.

Zasoby węgla organicznego w warstwie do głębokości 3 m wyrażone w kg/m².

Znaczna ilość węgla (25-30%) znajduje się też poniżej 3 metrów pod powierzchnią ziemi ze względu na unikalne procesy jego pochłaniania. Niektóre obszary obecnej wiecznej zmarzliny w czasie ostatniego zlodowacenia były wolne od lodu i dzięki temu gromadziły materię organiczną na dużej głębokości. Ostatnie badania pokazują, że takie miejsca, które znajdują się Syberii i na Alasce, zawierają od 327 do 466 mld ton węgla. Są to warstwy, które mają grubość kilkudziesięciu metrów. 

Głębokie, leżące kilkanaście czy nawet kilkadziesiąt metrów pod powierzchnią ziemi warstwy zmarzliny są w prawie takim samym stopniu podatne na emisje węglowe co płytka warstwa, która ociepla się jako pierwsza. Nagły wzrost temperatur jaki ma teraz miejsce, powoduje nagłą odwilż, a to wiąże się z destabilizacją podziemnych warstw lodu, co może wpłynąć na mającą dziesiątki metrów wieczną zmarzlinę w ciągu tylko jednego sezonu letniego. 

Arktyka nowym źródłem emisji gazów cieplarnianych?
Ocieplenie klimatu powoduje rozmarzanie arktycznej marzłoci, co oznacza uruchomienie zatrzymanych w czasie procesów rozkładu materii organicznej. Badania pokazują, że zmarzlina staje się emitentem netto gazów cieplarnianych. Gleby subarktyczne tak samo jak roślinność w naszej części świata uczestniczą w cyklu węglowym. Na razie różnica emisja-pochłanianie w cyklu rocznym jest niewielka, szczególnie w przypadku metanu. Tak więc jeszcze w tej chwili emisje z wiecznej zmarzliny nie mają tak dużego wpływu na klimat jak emisje antropogeniczne. Szczególnie gdy weźmie się pod uwagę różne czynniki, jak ekspansja tajgi na północ, wzrost długości okresu wegetacyjnego, zielenienie tundry i inne. 

Wskaźniki przepływu CO₂ (w gramach na metr kwadratowy) na obszarze wiecznej zmarzliny poza sezonem letnim w latach 2003-2017 i ekstrapolowane przy użyciu zmiennych środowiskowych..

Okazuje się jednak, że pozytywne zmiany nie są w stanie przełamać tych negatywnych - ocieplenie klimatu, coraz dłuższa ekspozycja na promieniowanie słoneczne, czy w końcu coraz bardziej spektakularne pożary tajgi a nawet tundry. Pomiary przeprowadzone przez NASA, jakie miały miejsce w ciągu ostatnich lat pokazują, alaskańska tundra jest stałym źródłem emisji CO₂ do atmosfery, podczas gdy jak na razie obszar borealnych lasów zachował neutralność, czasem wręcz pochłaniał dodatkowe ilości CO₂. Z drugiej strony lasy borealne wykazują zmienność w pochłanianiu z uwagi na pożary.

Badacze ocenili, że Alaska jako całość jest jednak emitentem netto węgla organicznego. Rocznie do atmosfery dostaje się około 25 mln ton węgla (w przeliczeniu na CO₂ około 90 mln ton gazu). Jeśli dokładnie szacunki z Alaski należy przełożyć na cały region zmarzliny, to mamy do czynienia z emisjami o wartości 300 mln ton węgla, czyli około 1 mld ton CO₂ rocznie. To są już duże liczby. 

Nowe, kompleksowe badania pokazują, że uwalnianie węgla do atmosfery przez zmarzlinę po okresie letnim jest 2-3 większa niż wcześniej sadzono. Oznacza to, że całościowe emisje neto wynoszą nie 300 a nawet 600 mln ton węgla rocznie. To ekwiwalent ponad 2 mld ton CO₂. Wyniki tych badań pokazują, że wieczna zmarzlina najwyraźniej weszła już w etap dodatniego sprzężenia zwrotnego prowadzącego do dalszego ocieplania się klimatu. Fakt jej rozmarzania będzie miał z roku na rok coraz większy wpływ na klimat.

Na podstawie: Arctic Report Card 2019: Terrestrial Snow Cover, Permafrost and the Global Carbon Cycle