O niestabilności lądolodów morskich

Zachodni Lądolód Antarktyczny (West Antarctic Ice Sheet, WAIS) pokrywa 2 miliony km2 i zawiera w sobie wystarczającą ilość wody, aby po stopieniu podnieść poziom morza o ponad 3 metry. W odróżnieniu od swojego większego wschodniego brata, lądolód ten jest bardzo wrażliwy na zmiany klimatyczne i oceaniczne, ponieważ jego ciężar wgniótł własne podłoże skalne tak głęboko, że podstawa WAIS spoczywa 1-2 km pod poziomem oceanu.

Ryc. 1. Rozkład miąższości lodu na Antarktydzie (górny panel) i przekrój przez lądolody Antarktydy zachodniej (po lewej) i wschodniej (po prawej). Głębokość podłoża zachodniego lądolodu wzrasta ku jego centrum i znajduje się w większości poniżej poziomu morza. Za: AntarcticGlaciers.org

Fakt ten niesie za sobą olbrzymie konsekwencje dla stabilności WAIS, który jest jedynym obecnie tzw. lądolodem morskim na Ziemi (marine ice sheet). Już ponad 40 lat temu teoretyzowano, że WAIS jest znacznie bardziej wrażliwy na zmiany klimatyczno-oceaniczne niż Wschodni Lądolód Antarktyczny. W 1973 roku T. Hughes, a następnie J. Mercer w 1978 (obaj z Ohio State University, USA) przypuszczali, że zakotwiczenie lądolodu poniżej poziomu morza (Ryc. 1) może być zagrożeniem dla jego stabilności, a tym samym dla wszystkich obszarów nadmorskich Ziemi, które najsilniej doświadczyłyby skutków wzrostu poziomu morza. Jednak dopiero postęp technologiczny po roku 2000 umożliwił dokładniejsze obserwacje gigantycznych obszarów zlodowaconych Antarktydy, które potwierdziły, że WAIS może stosunkowo szybko „rozpłynąć” się na cztery strony świata.

Lądolód nie jak kostka lodu

Lądolód to nie nieruchoma lodowa bryła, ale gigantyczny i dynamiczny organizm. WAIS ma kształt wielkiej (choć dość płaskiej) kopuły o objętości ponad 2 milionów km3 i grubości dochodzącej do 2000 m. Śnieg, który spada na lądolód jest przykrywany przez kolejne warstwy śniegu i po wielu latach na głębokości kilkunastu-kilkudziesięciu metrów przeobraża się w masywny lód lodowcowy. Wysokie ciśnienia panujące we wnętrzu powodują, że lód zaczyna się deformować i grawitacyjnie spływać w dół. Poruszający się lód układa się w strumienie, które jak rzeki drenują masę z wielkich sektorów lądolodu (Ryc. 2). Strumienie docierają w końcu do oceanu, w pobliżu którego osiągają największe prędkości powodując powstawanie szczelin, a uchodząc do wody tworzą wysokie na dziesiątki metrów klify, od których odrywają się góry lodowe (tzw. cielenie). W sytuacjach, gdy dno morza jest położone na dużej głębokości, klify dzięki wyporności unoszą się na wodzie tworząc tzw. lodowce szelfowe (poprawniej nazywane półkami lodowymi).

Ryc. 2. Rozkład teoretycznej prędkości płynięcia lądolodów Antarktydy: zachodniego (po lewej) i wschodniego (po prawej). Za: Rignot et al. 2011 AntarcticGlaciers.org.

Niestabilność lądolodu morskiego (marine ice sheet instability)

Po tysiącach lat rozrostu lądolód może w końcu osiągnąć stan równowagi. Wówczas, objętość oderwanych gór lodowych jest balansowana przez objętość nowo-powstałego lodu. Równowaga lądolodu morskiego wymaga jednak bardzo stabilnego klimatu, a zaburzenia w postaci wzrostu temperatury powietrza i oceanu powodują znaczące zmiany w bilansie masy.

W przypadku lądolodów morskich kluczową rolę odgrywa woda głębinowa, która podmywa ich denne partie. Wzrost jej temperatury powoduje intensyfikację podwodnego topnienia i wycofywanie tzw. linii gruntowania, na której lądolód traci kontakt z podłożem i zaczyna unosić się na wodzie jako półka lodowa. Jeżeli podwodne podłoże ma kształt misy, recesja linii gruntowania w stronę centrum lądolodu oznacza jej migrację do coraz głębszych basenów, gdzie nie jest już możliwe osiągnięcie stabilnej pozycji. Coraz większa głębokość powoduje bowiem, że wyporność stara się oderwać lądolód od dna, a to z kolei umożliwia dostęp ciepłej wody głębinowej do coraz dalszych zakamarków lądolodu i tym samym dalszą migrację linii gruntowania.

Recesja linii gruntowania powoduje, że strumienie lodowe przyspieszają, a rozciągając się stają się cieńsze. Wzrost prędkości skutkuje intensyfikacją cielenia z półek lodowych, czego produkcja nowego lodu z opadów śniegu nie jest już w stanie zbilansować. W skrajnych przypadkach półki lodowe mogą się całkowicie rozpaść na strzępy, co umożliwia dalsze przyspieszenie tworzących je niegdyś strumieni lodu. Jest to dodatnie sprzężenie zwrotne: inicjalna zmiana temperatury wody i powietrza powoduje poprzez reakcję łańcuchową samonapędzające się przyspieszanie spływu i cielenia, a w konsekwencji – dynamiczną destabilizacji i zanik lądolodu .

Stabilność zachodniej Antarktydy

Mechanizm rozpadu lądolodów morskich to nie tylko hipoteza, potwierdzają go również badania z zachodniej Antarktydy. Z badań osadów morskich i rdzeni lodowych wiemy, że WAIS stosunkowo szybko rozpadał się już przeszłości w czasie cieplejszych okresów klimatycznych. Pod grubą pokrywą współczesnego lodu, a także w osadach z głębin przyległych mórz, znajdowano stare organizmy morskie z poprzednich interglacjałów, świadczące o obecności morza na obszarze dzisiejszej zachodniej Antarktydy w ciągu ostatniego miliona lat (Scherer et al. 1998; Barnes & Hillenbrandt 2010; Joughin & Alley 2011).

Również współczesne ocieplenie klimatu bardzo silnie zaburzyło system WAIS. Już teraz półki lodowe zachodniej Antarktydy rozpadają się na naszych oczach. „Miękkim podbrzuszem” WAIS są strumienie lodowe uchodzące do Morza Amundsena – Thwaites Glacier i Pine Island Glacier. Drenują one ogromny obszar lądolodu, a topografia ich podłoża zapada się w kierunku centrum lądolodu. To m.in. dlatego od dekad wycofują linię gruntowania, przyspieszają swój spływ do oceanu i dostarczają do niego coraz większych ilości wody (Mouginot et al. 2013; Sutterley et al. 2014). Zdaje się to potwierdzać, że WAIS wszedł już w fazę niestabilności i samonapędzającego się rozpadu (Joughin et al. 2014; Rignot et al. 2014). Na Glacjoblogii pisałem o tym >>>tutaj, >>>tutaj i >>>tutaj.

Pytanie o przewidywaną datę kolapsu WAIS pozostają do tej pory bez jednoznacznej odpowiedzi. Dotychczasowe modele zachowania lądolodów, będące oczywiście tylko pewnym uproszczeniem ogromnej ilości zmiennych i procesów fizycznych, sugerowały okres rzędu wieków lub milenium. Pewne jest jednak, że wielu procesów mogących modyfikować tempo zaniku WAIS dotychczasowe modele nie uwzględniają, jak np. teoretycznego rozpadu klifów zdestabilizowanych lodowców, mogącego znacznie przyspieszyć rozpad całego lądolodu (Pollard i in. 2015). Dodatkowo, wciąż mamy istotne luki w wiedzy o charakterze podłoża lądolodu, tj. o jego rzeźbie i „śliskości”, które fundamentalnie mogą modyfikować jego zachowanie.

Podsumowanie

  • Zachodni Lądolód Antarktyczny (WAIS) jest jedynym lądolodem morskim na świecie, tj. jego podstawa znajduje się w większości poniżej poziomu morza. Jako taki jest potencjalnie niestabilny i może stosunkowo szybko reagować na zmiany klimatyczno-oceaniczne. Jego potencjalny zanik podniesie poziom morza o 3 m.
  • to nie rosnąca temperatura powietrza, a coraz cieplejsze wody wokół Antarktydy są głównym zagrożeniem dla stabilności WAIS. Topnienie powierzchni jest mniej istotne niż topnienie podwodne.
  • topnienie pod powierzchnią wody powoduje, że linia gruntowania (na której lądolód „odkleja” się od dna morskiego) wycofuje się do coraz głębszych stref morskich. Skomplikowana dynamika WAIS powoduje, że traci on masę głównie przez coraz potężniejsze cielenie, które spowodowane jest recesją linii gruntowania i przyspieszonym spływem strumieni lodu do oceanu.
  • tempo dalszego przyspieszania spływu lodu z WAIS jest trudne do precyzyjnego określenia, ponieważ zależy od wielu słabo poznanych parametrów, np. twardości podłoża czy obecności podwodnych wzniesień, na których lądolód mógłby się oprzeć hamując w ten sposób recesję. Jasne jest jednak, że dotychczasowe szacunki wzrostu poziomu morza do końca wieku i później mogą okazać się zaniżone, ponieważ dopiero od niedawna uświadamiamy sobie złożoność WAIS i istnienie sprzężeń zwrotnych, które napędzają dynamiczny rozpad lądolodu.

Z wyżej wymienionych względów, WAIS stał się jednym z kluczowych obszarów badań światowej nauki. Potwierdzeniem tego jest ostatni raport U.S. National Academy of Sciences. Podkreślono w nim, że prace zmierzające do lepszego zrozumienia przyszłego wzrostu poziomu oceanów na skutek rozpadu zachodniej Antarktydy są szczególnym priorytetem badań USA.

Po więcej szczegółów opisanych w przystępny sposób odsyłam do artykułu na portalu Nauka o klimacie.

Źródła:

  • AntarcticGlaciers.org – Marine ice sheet instability
  • Barnes & Hillenbrand 2010. Faunal evidence for a late quaternary trans-Antarctic seaway. Global Change Biology, 16 (12)
  • Hughes T. 1973. Is the Antarctic Ice Sheet disintegrating? Journal of Geophysical Research, 78.
  • Joughin et al. 2014. Marine Ice Sheet Collapse Potentially Under Way for the Thwaites Glacier Basin, West Antarctica. Science, 334 (6185)
  • Joughin & Alley 2011. Stability of the West Antarctic ice sheet in a warming world. Nature Geoscience, 4 (8)
  • Mercer J. 1978. West Antarctic Ice Sheet and CO2 greenhouse effect: a threat of disaster. Nature, 271.
  • Mouginot et al. 2013. Sustained increase in ice discharge from the Amundsen Sea Embayment, West Antarctica, from 1973 to 2013. Geophysical Research Letters, 41 (5)
  • Nauka o klimacie – Rozpad zachodniej Antarktydy nieunikniony
  • Pollard et al. 2015. Potential Antarctic Ice Sheet retreat driven by hydrofracturing and ice cliff failure. Earth and Planetary Science Letters, 412.
  • Rignot et al. 2011. Antarctic grounding line mapping from differential satellite radar interferometry. Geophysical Research Letters, 38 (L10504)
  • Rignot et al. 2014. Widespread, rapid grounding line retreat of Pine Island, Thwaites, Smith and Kohler glaciers, West Antarctica from 1992 to 2011. Geophysical Research Letters, 41 (10).
  • Scherer et al. 1998. Pleistocene Collapse of the West Antarctic Ice Sheet. Science, 281 (5373).
  • Sutterley et al. 2014. Mass loss of the Amundsen Sea Embayment of West Antarctica from four independent techniques. Geophysical Research Letters, 41 (23)
  • Washington Post – Scientists declare an ‚urgent’ mission – study West Antarctica, and fast
Reklamy

One response to “O niestabilności lądolodów morskich

  1. Pingback: Komentarz do doniesień o rozroście lądolodu Antarktydy | Glacjoblogia·

Skomentuj

Wprowadź swoje dane lub kliknij jedną z tych ikon, aby się zalogować:

Logo WordPress.com

Komentujesz korzystając z konta WordPress.com. Wyloguj / Zmień )

Zdjęcie z Twittera

Komentujesz korzystając z konta Twitter. Wyloguj / Zmień )

Facebook photo

Komentujesz korzystając z konta Facebook. Wyloguj / Zmień )

Google+ photo

Komentujesz korzystając z konta Google+. Wyloguj / Zmień )

Connecting to %s