NOAA Arctic Report Card 2020 cz.4

Arktyczny lód

Najważniejsze dane:

• Arktyczna czapa polarna w dalszym ciągu wykazuje trend spadkowy zarówno w czasie wrześniowego minimum jak i marcowego maksimum. Marcowe maksimum zasięgu lodu morskiego w 2020 roku było jedenastym najmniejszym w historii pomiarów, a wrześniowe drugim.
  
• Maksymalna objętość lodu morskiego w 2020 roku wyniosła 18 785 km³, czyli około 1000 km³ poniżej średniej z lat 2010-2019. Natomiast minimalna objętość na 2020 rok to 4 627 km³. Według danych CryoSat  minimum 2020 jest najmniejszym w historii pomiarów, czyli inaczej niż pokazują to dane PIOMAS. W sezonie topnienia czapa polarna straciła 15 215 km³.
• Bardzo wcześnie rozpoczęło się w 2020 roku topnienie lodu w syberyjskim sektorze przybrzeżnym, co było związane z ponadprzeciętnymi temperaturami na Syberii wiosną, a potem latem, oraz kierunkiem wiejącego wiatru.

Mierzony przy pomocy satelitów obszar lodu w Arktyce jest znacząco mniejszy niż miało to miejsce jeszcze kilkanaście lat temu.  Widoczne jest to szczególnie latem, kiedy trwa wzmożone topnienie. Ale zmiany od kilku lat stają się też wyraźne w okresie zimowym. W swoim raporcie naukowcy zwracają uwagę na rolę jaką odgrywa czapa polarna Arktyki - to klimatyzator planety, warunkujący taki, a nie inny klimat na Ziemi. Zmiany zachodzące w Arktyce są wskaźnikiem zmian klimatycznych. Poniżej przedstawione są mapy zasięgu lodu: marcowe maksimum i wrześniowe minimum.

Lewa mapa – średni zasięg lodu morskiego w marcu 2020. Prawa mapa – średni zasięg we wrześniu 2020. Fioletowa linia oznacza średni zasięg lodu w okresie 1981-2010. Dane NSIDC

Obserwowany od lat spadek zasięgu lodu morskiego dla poszczególnych miesięcy w roku w tym maksymalnych i minimalnych wartości w roku jest jednym z najbardziej charakterystycznych wskaźników zmiany klimatu. We wrześniu 2020 roku średni miesięczny zasięg pokrywy lodowej wyniósł 3,92 mln km², co stanowi drugą najmniejszą w historii pomiarów wartość. Pomiary satelitarne są prowadzone od 1979 roku. Uzupełniając trend o wartość z września 2020 roku otrzymujemy wynik, że trend liniowy wykazuje spadek liczący 82,7 tys. km² rocznie lub 13,1% na dekadę w stosunku do średniej z lat 1981-2010.

15 września osiągnięta została minimalna wartość zasięgu lodu morskiego, która wyniosła 3,74 mln km² - druga najmniejsza w historii pomiarów wartość, i druga obok 2012 roku, kiedy zlodzenie arktycznych wód spadło poniżej 4 mln km².

Procentowe zmiany zasięgu występowania lodu morskiego w Arktyce w latach 1979-2020 dla marcowego maksimum i wrześniowego minimum. Czarna krzywa oznacza marzec, czerwona wrzesień, wartości zasięgu wyznaczające wieloletni trend są oznaczone czarnymi i czerwonymi przerywanymi liniami.

W marcu zwykle osiągana jest maksymalna w roku wartość zasięgu pokrywy lodowej w Arktyce. Średnia wartość dla marca 2020 roku to 14,79 mln km². Miesiąc ten wykazuje mniejszy spadek w liniowym trendzie niż wrzesień. 40,4 tys. km² rocznie, czyli 2,6% na dekadę w stosunku do średniej 1981-2010. % marca zostało osiągnięte maksimum dla 2020 roku wynoszące 15,05 mln km² - jedenasta mniejsza w historii pomiarów wartości.

Ostatnie 14 lat (2007-2020), to 14 najmniejszych wartości zasięgu lodu morskiego w trakcie wrześniowego minimum. 14 lat to jedna trzecia czasu prowadzenia pomiarów satelitarnych. Każdy z tych trzech szeregów czasowych był inny. Pierwszy okres 1979-1992 charakteryzował się powolnym spadkiem - 6,9% na dekadę w stosunku do 1981-2020. Kolejny okres 1993-2006 to szybsze tempo zmian - 13,3% na dekadę. Ostatni okres 2007-2020 to ponownie wolniejsze zmiany - 4% na dekadę. Mimo spowolnienia obserwuje się wyraźne zmiany - średnia wartość wrześniowego minimum była niższa w drugim i jeszcze niższa w trzecim okresie. W pierwszym - 6,85 mln km², w drugim - 6,13 mln km² i w trzecim - 4,44 mln km².

Wiek lodu
To ile ma lat dany fragment czapy polarnej i jak ma się to do ogółu powierzchni lodu jest jednym z wyznaczników zmian, jakie zachodzą w Arktyce. Wiek lodu i jego udział w całości pokazuje to, w jakiej kondycji jest czapa polarna. Obserwacje pokazują, że powierzchnia wieloletniego, a tym samym na ogół grubego lodu kurczy się, choć proces ten, jak w przypadku zasięgu nie przebiega systematycznie rok po roku. Są lata chłodniejsze wśród cieplejszych, kiedy to lód w Arktyce przyrasta.  Warto tu zwrócić uwagę na to, że pokrywa lodowa nie jest w sensie wieku stała, czy bardziej mówiąc jednolita. Część lodu zawsze była i jest sezonowa, reszta ma 2 i więcej lat. Ponadto lód dryfuje i jest eksportowany przez cieśninę Fram, gdzie ulega stopieniu w wodach Oceanu Atlantyckiego.  

 

Zmiany obszaru, jaki zajmuje lód wieloletni i jednoroczny od 1985 roku do dziś. Powyżej mapy przedstawiające rozmieszczenie lodu wieloletniego i jednorocznego w marcu 1985 i 2020 roku. 

 

Lód mający więcej niż 4 lata był niegdyś głównym składnikiem pokrywy lodowej w Arktyce. Dziś stanowi jedynie ułamek tego, co było jeszcze 40 lat temu. W marcu 1985 roku taki lód zajmował 33% pokrywy lodowej, w 2020 tylko 4,4%. Nastąpił więc spadek powierzchni z 2,7 mln km² do 0,34 mln km² w marcu 2020 roku. Odnotować należy, że nastąpił wzrost powierzchni starego lodu względem 2019 roku z 1,2% do 4,4%. Zmiana ta wynika z tego, że 3-4-letni lód starzeje się i przetrwał letnie topnienia w 2019 roku. Jednak 3-4 letni lód zmniejszył swój udział z 6,4% w 2019 roku do 3,7% w 2020. 

Grubość i objętość lodu morskiego
Poza danymi PIOMAS z Polar Science Center, przedstawiane są dane z pomiarów satelitarnych Cryosat-2 od końca 2010 roku. Poniżej przedstawione są dane dotyczące zmian objętości lodu w trakcie sezonu zamarzania (od połowy października do połowy kwietnia).

Grubość i objętość lodu morskiego w sezonach 2018/19 i 2019/20: a)  zmiany objętości lodu morskiego obejmujące okres od 15 października 2019 do 15 kwietnia (czarna krzywa). Szary obszar przedstawia 10-letni przedział zmian od zimy 2010/11 do 2019/20 ograniczony dzienną najniższa (niebieska krzywa) i najwyższą (czerwona krzywa) wartością ilości lodu morskiego. b) miesięczna grubość lodu pokrywy lodowej w okresie od listopada do kwietnia 2018/19 (niebieska krzywa) i 2019/20 (brązowa krzywa). Obszary zacieniowane stanowią przedział niepewności. c) rozkład grubości lodu dla kwietnia 2020 (dane z dwóch satelitów) w zestawieniu z 2019 rokiem (szare kolumny). Dane: Cryosat2/SMOS i CESat-2

Na podstawie danych z satelity CryoSat-2 wiemy, że w półroczu zimowym 2019/20 zilustrowanym na wykresie ilość lodu morskiego wzrosła o 14 185 km³. Z 5 657 km³ w październiku 2019 roku do 19 842 km³ w kwietniu 2020. Objętość lodu przez cały ten okres była niższa od średniej z lat 2010-2019. W kwietniu 2020 roku objętość ta była o około 1000 km³ (-5%) mniejsza od średniej 2010-2019. Zmiany te pokazują, że choć liniowy trend spadku wrześniowego zlodzenia był wolniejszy w latach 2010-2019, to jego niewielka objętość w latach 2019-2020 prawdopodobnie przyczyniła się do większych strat w czasie lata 2020.

 

Grubość lodu wykazuje się niewielkimi rozmiarami. W kwietniu 2020 roku średnia miąższość czapy polarnej wyniosła 2,2 metra, mniej niż w kwietniu 2019 roku. Niższa od przeciętnej objętość lodu w kwietniu 2020 była spowodowana jego niską grubością w Basenie Arktycznym i na rosyjskich akwenach przybrzeżnych. Świadczy o tym, że nie tylko zbyt szybkie zwiększanie się powierzchni zimą 2019/20 przyczyniło się do powstania niewielkiej grubości, a sam ruch lodu. Zwiększona grubość lodu na północy Morza Barentsa i w regionie Svalbardu była spowodowana dryfem, co zostało zaobserwowane przez ekspedycję MOSAiC.

 

Po lewej: grubość arktycznego lodu morskiego w połowie kwietnia 2020 roku w metrach. Po prawej: odchylenia grubości lodu w stosunku do średniej z połowy kwietnia 2011-2019. Dane: CryoSat-2/SMOS

Te zmiany od 2019 roku są szczególnie widoczne w rejonie cieśniny Fram, która jest miejscem przez które lód morski wypływa na wody Atlantyku. Ten lód jest tam monitorowany przez Norweski Instytut Polarny od początku lat 90-tych, a trendy w latach 1990-2014 wykazują spadek zarówno grubości lodu jak i jego objętości. Pod koniec lata 2020 lód w cieśninie Fram składał się głównie z lodu jednorocznego, sporadycznie występował tam lód wieloletni. Na płytkich obszarach szelfu na wschód od północno-wschodniej Grenlandii uziemione góry lodowe zapewniały wcześniej warunki odpowiednie do tworzenia lub utrzymywania wieloletniego szybkiego lodu, ale we wrześniu 2020 roku zaobserwowano tam cienkie, szybko dryfujące kry lodowe. Grubość lodu w zachodniej części cieśniny Fram pod koniec lata 2020 wynosiła od 1,06 do 3,43 metrów. 

 

W sezonie roztopów 2020 czapa polarna straciła według danych CryoSat 15 215 km³ lodu. Tym samym minimalna objętość wyniosła 4 627 km³, to najmniej w ciągu 10-letnich pomiarów CryoSat-2/SMOS, co oznacza w ogóle rekord. Utrata ilości lodu morskiego w sezonie 2020 była drugą co do wielkości po 2011 roku. Ze względu na niską objętość na początku sezonu topnienia doprowadziło to do rekordu. Z jednej strony wrześniowe minimum 2020 było drugim najmniejszym w historii pomiarów, a z drugiej objętość minimalna była rekordowa - to czyni 2020 rok jednym z najbardziej ekstremalnych w historii pomiarów.

 

 

Erozja nadbrzeżnej wiecznej zmarzliny 

Najważniejsze dane:

• Od początku lat 2000 erozja wiecznej zmarzliny na wybrzeżu Oceanu Arktycznego znacznie się zwiększyła. Wzrost został odnotowany w 13 z 14 lokalizacji. Zmiany te zbiegły się z trendami ocieplającego się klimatu i redukcji lodu morskiego oraz topnieniem wiecznej zmarzliny na Dalekiej Północy
• Największy wzrost erozji wybrzeża odnotowano nad Morzem Beauforta. Porównując ostatnie dwie dekady XX wieku z dwiema pierwszymi tego wieku, wskaźnik erozji wyniósł tam od 80 do 160%.
• W ostatnich latach w ramach ścisłej współpracy i rozwoju prac badawczych wiedza na temat zmian w wiecznej zmarzlinie będzie się poszerzać.

Wybrzeża, na których znajduje się wieczna zmarzlina w Arktyce, stanowią 30% linii brzegowej Ziemi. Zmarzlina ta, w której uwięziony jest węgiel organiczny jest wrażliwa na zmiany klimatyczne. Brak lodu stykającego się z wybrzeżem, wzrost temperatur atmosfery i oceanu, wzrost poziomu morza, to czynniki, które wpływają na erozję zlodowaciałego wciąż jeszcze wybrzeża. Zmiany powodują nie tylko emisję dodatkowych gazów cieplarnianych, wpływają na także na życie lokalnych społeczności.  

Zmiany w erozji wiecznej zmarzliny na wybrzeżu Oceanu Arktycznego. Obserwacje prowadzone są od lat 50. XX wieku. Zaznaczone na mapie 14 miejsc, to obszary pomiarów prowadzonych w tym wieku. Arctic Coastal Dynamics

W okresie od 1950 do 2000 roku średnia stopa erozji wybrzeża w całej Arktyce wyniosła 0,5 metra rocznie. Największe zmiany miały miejsce wzdłuż wybrzeży Morza Beauforta (1,1 metra rocznie), Wschodniosyberyjskiego (0,9 metra rocznie), Łaptiewów (0,7 metra rocznie) i Karskiego (0,7 metra rocznie). Mniejsze zmiany miały miejsce w atlantyckim sektorze, w przypadku Morza Barentsa 0,4 metra rocznie, na Svalbardzie 0,02 metra rocznie.

Historyczne i współczesne wskaźniki zmian w przybrzeżnej zmarzlinie w skali dekadowej z danych pochodzących z 14 punktów oznaczanych na mapie.

Od początku lat 2000 obserwacje z 14 przybrzeżnych obszarów wiecznej zmarzliny zostało zaktualizowane, co stanowi podsumowanie tego, jak zmiany w systemie arktycznym intensyfikują dynamikę wybrzeży wiecznej zmarzliny w XXI wieku. Tylko w jednym z 14 miejsc nie zaobserwowano negatywnych zmian w erozji wybrzeża. Na wybrzeżu Morza Beauforta odnotowano w XXI wieku największy wzrost erozji, bo od 80 do nawet 160%. W sześciu miejscach nad Morzem Barentsa, Karskiego i Łaptiewów tempo erozji w latach 2000-2019 wzrosło od 33 do 97%. Jedynym miejscem, w którym zaobserwowano spadek tempa erozji, było wybrzeże na samym południu Morza Czukockiego na Alasce. 

Mimo tego wyjątku w całej Arktyce obserwuje się niepokojąco szybki wzrost erozji wiecznej zmarzliny, który w przyszłości ulegnie nasileniu. Te zmiany nie tylko przełożą się na dalszy wzrost temperatur, wpłyną także na lokalne społeczności utrzymujące się z rybołówstwa. Erozja wybrzeży będzie stanowiła także wyzwanie dla rozwijającego się przemysłu w Arktyce, oraz aktywności wojskowej. Problematyczne stanie się przede wszystkim budowanie na wybrzeżu portów i stałych baz wszelkiego rodzaju.

 

Na podstawie: Arctic Report Card 2020: Sea Ice, Coastal Permafrost Erosion