Dziękuję za zapisanie się do Eos Buzz.

Zrozumienie, jak lądolód Antarktydy zareaguje na antropogeniczną zmianę klimatu nie jest prostym problemem, ale dokładne prognozy są wymagane, aby pomóc społeczeństwom przygotować się na wpływy takie jak wzrost poziomu morza. Wymaga to wiedzy na temat tego, które obszary Antarktydy będą się cofać, jak również czasu trwania i tempa zmian, co z kolei wymaga integracji wiedzy obserwacyjnej i modelowania ze wszystkich dyscyplin naukowych opartych na systemie ziemskim. Ostatni artykuł opublikowany w Reviews of Geophysics zebrał te informacje, w tym interakcje Arkusza Lodowego Antarktydy z atmosferą i oceanem, odpowiedź ciała stałego-ziemi na zmieniającą się masę lodu oraz zapisy przeszłych zmian w lodzie i oceanie.

Jaką rolę odgrywa Arkusz Lodowy Antarktydy w globalnym systemie klimatycznym?

Arkusz Lodowy Antarktydy jest integralną częścią ziemskiego systemu klimatycznego. Wzmacnia niewielkie zmiany w energii otrzymywanej od Słońca, modyfikuje klimat poprzez wpływ na globalny poziom morza i zmiany cyklu węglowego, a także reguluje ważne sprzężenia zwrotne w atmosferze, oceanie i stałej Ziemi.

Jak pokrywy lodowe modyfikują klimat i oddziałują na niego. Credit: Redrawn from Wallmann et al.

Na przykład, na krawędzi białego kontynentu, gdzie spotykają się lód i ocean, zachodzi kilka ważnych interakcji klimatycznych. W szczególności ocean powierzchniowy zamarza sezonowo, aby wytworzyć lód morski, który wpływa na odbijanie światła przez planetę, wspiera główne ekosystemy Oceanu Południowego i – w zależności od czynników takich jak kształt szelfu kontynentalnego i położenie uziemionych gór lodowych – wpływa na powstawanie antarktycznej wody dennej, która natlenia globalny głęboki ocean i napędza globalną cyrkulację zwrotnikową.

Powłoka lodowa również reaguje na zmiany klimatu, na przykład poprzez transfer ciepła z Oceanu Południowego do krawędzi lodu, który napędza topnienie lodu i cielenie się gór lodowych. Późniejszy wpływ topniejącej wody i gór lodowych na Oceanie Południowym zmienia cyrkulację oceaniczną i systemy biologiczne, wraz z globalnym poziomem morza.

Jak antarktyczna powłoka lodowa reaguje na obecne antropogeniczne wymuszenia klimatyczne?

Utrata kontynentalnego lodu z Antarktydy została przyspieszona w ciągu ostatnich dwóch dekad, szczególnie z Zachodniej Antarktydy, która posiada potencjał wzrostu poziomu morza o około pięć metrów. Najbardziej narażone regiony obejmują główne lodowce wylotowe Zachodniej Antarktydy (takie jak Pine Island i Thwaites) oraz Półwysep Antarktyczny, gdzie topnienie było napędzane przez zmiany zarówno w atmosferycznych, jak i oceanicznych wzorcach cyrkulacji.

Zachodnia Antarktyda jest szczególnie wrażliwa na rosnącą temperaturę oceanu, ponieważ lądolód siedzi w nisko położonych basenach, tysiące metrów poniżej poziomu morza. Ponieważ lód reaguje stosunkowo wolno w porównaniu do zmian temperatury atmosferycznej, obecna odpowiedź na antropogeniczne zmiany klimatu ustawia długoterminowe zobowiązanie do wzrostu poziomu morza z tego sektora Antarktydy, chociaż pozostają pytania o czas i ostateczną wielkość przyszłej utraty lodu.

Wschodnia Antarktyda również zawiera znaczne nisko położone baseny podatne na wymuszenia oceaniczne. Te baseny mają potencjał podnoszenia się poziomu morza o około 20 metrów. Niedawne oceaniczne topnienie niektórych basenów Antarktydy Wschodniej zostało zrównoważone przez zwiększone opady śniegu w innych sektorach, a rola zmienności klimatu komplikuje prognozy utraty masy.

Czy zachowanie pokrywy lodowej Antarktydy w odpowiedzi na przeszłą zmianę klimatu wskazuje, jak może ona zareagować na przyszłą zmianę klimatu?

Tak. Zapisy tego, jak lądolód zareagował na przeszłą zmianę klimatu, mogą zapewnić wgląd w krytyczne procesy zaangażowane w zmianę pokrywy lodowej Antarktydy i związany z tym wzrost poziomu morza. Na przykład, zostały one wykorzystane do poprawy, jak procesy fizyczne są reprezentowane w modelach pokrywy lodowej, które symulują cofanie się.

Prędkość obecnej zmiany klimatu jest znacznie wyższa niż obserwowana w minionych okresach naturalnego wymuszania klimatu. Jednak przeszłe wydarzenia szybkiego wzrostu poziomu morza były powszechnie charakteryzowane przez stawki do 1,4 metra na wiek (2 σ) (Grant et al. ; Grant et al. ), co jest wyższe niż szacunki 5. oceny IPCC z 2013 r. dotyczące globalnego wzrostu poziomu morza do 2100 r. Sugeruje to, że przewidywane tempo wzrostu poziomu morza z powodu antropogenicznego wymuszania klimatu może wymagać korekty w górę.

Kluczem do zwiększenia zaufania do przewidywań przyszłego zachowania Antarktydy jest dokładne odwzorowanie fizyki i procesów lodowych w modelach pokrywy lodowej, o czym informują współczesne i przeszłe reakcje pokrywy lodowej.

Jest również ważne, że długoterminowa historia masy lodu jest ograniczona, ponieważ ujawnia, jak reaguje stała Ziemia pod pokrywą lodową, co może albo stłumić, albo wzmocnić odpowiedź pokrywy lodowej na zmiany klimatu.

Iceberg w pobliżu Vincennes Bay, Antarktyda Wschodnia. Ocieplenie klimatu może przyspieszyć hydroszczelinowanie i cielenie się gór lodowych, co może wpłynąć na stabilność pokrywy lodowej Antarktydy. Credit: Felicity McCormack

Czy możliwe jest dokładne oszacowanie, jak bardzo globalny poziom morza może się zmienić z powodu Arkusza Lodowego Antarktydy?

Dokładne oszacowania, jak dużego wzrostu poziomu morza możemy się spodziewać z powodu topnienia Arkusza Lodowego Antarktydy, zależą od naszego zrozumienia procesów fizycznych, które napędzają utratę pokrywy lodowej, tempa i wielkości wymuszenia klimatycznego (tj, przyszłej koncentracji gazów cieplarnianych), oraz odpowiedzi ciała stałego-ziemia.

Istnieją konkretne techniczne i obliczeniowe wyzwania w uchwyceniu dynamicznych procesów i interakcji między lodem, oceanem i ciałem stałym-ziemią w wystarczająco dokładnej rozdzielczości przestrzennej i czasowej na całym kontynencie. Badania modelowania w ciągu ostatnich pięciu lat przyniosły szacunki wkładu Antarktydy do wzrostu poziomu morza w nadchodzącym stuleciu, które wahają się od 0,15 metra do 0,4 metra, a nawet 1 metra.

Ta rozpiętość ujawnia różnice w czasie zapadania się szelfu lodowego, fizyki leżącej u podstaw tych procesów i wymuszeń klimatycznych stosowanych do pokrywy lodowej, i podkreśla potrzebę zmniejszenia niepewności w paleo szacunkach poziomu morza używanych do dostrajania prognoz modelowych.

Kolejnym czynnikiem do rozważenia przy planowaniu przyszłego wzrostu poziomu morza jest to, że woda roztopowa z Antarktydy nie będzie równomiernie rozłożona na powierzchni Ziemi. Podnoszenie się poziomu morza będzie miało charakter wysoce regionalny, w zależności od miejsca utraty lodu na Antarktydzie oraz efektów związanych z grawitacją, rotacją Ziemi i globalną reakcją ciała stałego i Ziemi.

Jakie były niektóre z najbardziej znaczących ostatnich postępów w naszym zrozumieniu procesów i zachowania antarktycznej powłoki lodowej?

Investigating the Cryospheric Evolution of the Central Antarctic Plate (ICECAP) project flight over Totten Ice Shelf, East Antarctica. Badania aerogeofizyczne pokrywy lodowej, takie jak podejmowane przez ICECAP, mogą rzucić światło na to, jak pokrywa lodowa ewoluuje w odpowiedzi na zmienność i zmiany klimatu. Credit: Felicity McCormack

Osiągnięto znaczne postępy w modelowaniu i obserwacji odpowiedzi skorupy ziemskiej i górnego płaszcza na zmiany masy lodu. Przyczyniło się to znacznie do naszego zrozumienia obecnego bilansu masy lądolodu i wyjaśnienia przestrzennych różnic w cofaniu się lodowców podczas ostatniego zlodowacenia.

W dodatku, mechanizm spowalniający cofanie się linii uziemienia, szczególnie w regionach Zachodniej Antarktydy, gdzie litosfera może się szybko dostosować, został wsparty przez nowe obserwacje wewnętrznej struktury Ziemi z szybkimi dekadalno-centylenowymi czasami odpowiedzi i włączeniem bardziej realistycznych trójwymiarowych modeli struktury Ziemi pod Antarktydą.

Nowe obserwacje zachowania Antarktydy podczas minionych okresów ocieplenia klimatu z zapisów morskich i rdzeni lodowych o wysokiej rozdzielczości czasowej ujawniają, że pokrywa lodowa może szybko i dramatycznie reagować na oceaniczne i atmosferyczne wymuszenia w krótkich (centylenowych) czasach.

Te zapisy zapewniają wgląd w interakcje między systemem lód-ocean-atmosfera i w sprzężenia zwrotne wody roztopowej na Oceanie Południowym. Inne dowody wskazują na wrażliwość morskich części Antarktydy Wschodniej na słabsze wymuszenia klimatyczne w stosunku do dzisiejszej zmiany klimatu, podczas Ostatniego Interglacjału i poprzednich interglacjałów z ociepleniem od 1 do 2 stopni Celsjusza.

Jakie są niektóre z nierozwiązanych pytań, gdzie potrzebne są dodatkowe badania, dane lub modelowanie?

Jednym z głównych pytań jest: Jak szybko w przyszłości będzie topnieć pokrywa lodowa Antarktydy? Odpowiedź zależy od rozwoju modeli sprzężonych, które dokładnie uchwycą interakcje między systemami ziemskimi.

Obserwacje pomogą informować o obecnych i przeszłych trendach klimatycznych – w tym wykrywanie i przypisywanie zmienności i zmiany klimatu – grounding-truthing reprezentacji modelu procesów dynamicznych lodu i interakcji między systemami ziemskimi.

Aby rozwiązać ten problem, potrzebujemy danych batymetrycznych o wysokiej rozdzielczości wokół antarktycznych szelfów lodowych, bieżących pomiarów stanu oceanu, ulepszonych oszacowań przeszłych wkładów wzrostu poziomu morza z różnych sektorów pokrywy lodowej, modeli, które mogą uchwycić interakcje między szelfem lodowym a oceanem oraz ewolucję tych systemów w czasie.

W bardziej konkretnych terminach, zrozumienie zmiany Antarktydy zależy od szczegółowego zrozumienia zmian masy we Wschodniej Antarktyce, i jak to się zmieni z powodu ocieplenia klimatu. Istnieją duże różnice w obserwacjach bilansu masy w całej Antarktyce Wschodniej, z niektórymi obszarami zyskującymi masę i innymi obszarami tracącymi masę. Jednak wykrycie i przypisanie zmian jest trudne, ponieważ istnieją duże niepewności w szacunkach bilansu masy z powodu niedostatku obserwacji potrzebnych do scharakteryzowania zmienności i trendów oraz niskiego sygnału do szumu (niskie opady).

Inne pytania, które pozostają otwarte to: Jaki jest wpływ antarktycznych wód roztopowych na klimat? Jakie są sprzężenia zwrotne związane z uwolnieniem antarktycznej wody roztopowej na stratyfikację w górnej części Oceanu Południowego, lód morski, i podpowierzchniowe nagromadzenie ciepła w oceanie, jak również na cyrkulację zwrotną Oceanu Południowego i szerszą odpowiedź ekosystemu? Jakie są punkty krytyczne dla szybkiej, nieodwracalnej utraty masy lodu? Jakie są sprzężenia zwrotne między pokrywą lodową a innymi systemami Ziemi (ocean, atmosfera, stała Ziemia), które mogą zwiększyć lub zmniejszyć utratę masy lodu? I jak odbicie stałej Ziemi zmodyfikuje czas cofania się lodowców? Wreszcie, fizyczna reprezentacja przepływu lodu w modelach opiera się na wiedzy o środowisku bazowym, które jest trudne do zaobserwowania i prowadzi do dalszej niepewności, na przykład w kwestii roli hydrologii subglacjalnej w modyfikowaniu dynamiki lodu.

Dodaj komentarz

Twój adres e-mail nie zostanie opublikowany.