Ekstremalne topnienie Grenlandii w XXI wieku

Tak jak w Arktyce lód morski coraz bardziej topnieje z dekady na dekadę, tak również lądolód Grenlandii kurczy się coraz wyraźniej. Takie lodowce wylotowe jak Jakobshavn, Helheim, Petermann, Zachariae Isstrom, Kangerlussuaq czy ostatnio Niohhalvfjerdsfjorden i Spalte, systematycznie wycofują się w głąb wyspy. Na tej ogromnej wyspie otoczonej dwoma oceanami: Atlantyckim i Arktycznym, przebiegają również coraz coraz częściej i mocniej zintensyfikowane w sezonie letnim procesy powierzchniowego topnienia.

Początki przyspieszonego topnienia lądolodu Grenlandii są datowane na wczesne lata XXI wieku. Wpływ ocieplenia klimatu sprawia, że Grenlandia w znaczący sposób traci masę lodową. Co najmniej od 2000 roku naukowcy obserwują również odrywanie się (cielenie) gór lodowych. Zauważalne jest to w szczególności na lodowcach takich jak Jakobshavn (Sermeq Kujalleq) i Petermann. Warto zaznaczyć, że choć okresy topnienia i przyrostu występują w procesach naturalnych, to obecne tempo topnienia jest zatrważająco wysokie i prowadzi do przyspieszenia wzrostu poziomu mórz i oceanów na całym świecie.

Przykładowo na początku XXI wieku lodowiec Petermann utracił 85 km² lodu w latach 2000-2001. A lodowiec Jakobshavn Isbræ – 93 km² w latach 2001-2005. W 2010 roku od lodowca Petermann oderwała się spektakularnej wielkości góra lodowa, mająca powierzchnię 260 km². Z kolei w 2012 roku odpadła od tego samego lodowca góra lodowa  o powierzchni 120 km².

—

Fot. Powietrzna misja NASA Oceans Melting Grenland wykazała, że ​​lodowce Grenlandii, które wpadają do oceanu, jak pokazany tutaj lodowiec Apusiaajik, są bardziej narażone na szybką utratę lodu, niż wcześniej sądzono. Źródło: NASA/JPL-Caltech

—

Fala upałów w 2012 roku

Zespół Jeana-Louisa Bonne’go z Laboratorium Nauk o Klimacie i Środowisku (LSCE – Laboratoire des Sciences du Climat et de l’Environnement) w Gif-Sur-Yvette Cedex (Francja) w swojej pracy badawczej z 2015 roku zaobserwował, że w dniach 7–12 lipca 2012 roku na Grenlandii panowały ekstremalnie wilgotne i ciepłe warunki, co doprowadziło do rozległego topnienia powierzchni lądolodu. Było to niezwykle rzadkie zdarzenie w skali całej wyspy. Kluczowym mechanizmem powstania tego zjawiska była rzeka atmosferyczna – wąski, długi pas powietrza transportujący ogromne ilości pary wodnej z niższych szerokości geograficznych.

Analiza wykazała, że wilgoć pochodziła z zachodniej subtropikalnej części północnego Atlantyku – znad rejonu Bermudów. Została ona przetransportowana w postaci wspomnianej rzeki atmosferycznej aż nad Grenlandię. Powietrze wilgotne było wyjątkowo ciepłe i izotopowo wzbogacone w deuter (D₂) (cięższą odmianę wodoru).

Rys. Mapa źródeł wilgoci i transportu do NEEM zidentyfikowana na podstawie diagnostyki źródeł wilgoci Lagrange’a z 11 lipca 2012 r. (a) Pobieranie wilgoci wewnątrz warstwy granicznej (mm/dzień); (b) pobieranie wilgoci w swobodnej troposferze (mm/dzień); (c) transport wilgoci (mm); oraz (d) parowanie pomniejszone o opady (mm/dzień). Kropki wskazują położenie NEEM, Ivittuut i Bermudów. Źródło: Jean-Louis Bonne et al./CC BY 4.0

Metody badawcze nad Grenlandią

Wśród metod badawczych posłużono się symulacją modeli trajektorii powietrza (Lagrange’a) oraz „znakowaniem” cząsteczek wody w modelu regionalnym. Badacze zauważyli również ślad transportu zanieczyszczeń z daleka – znaleziono je m.in. w śniegu na północno-zachodniej pokrywie lodowej Grenlandii (NEEM), co potwierdza szybki i bezpośredni transport powietrza z obszarów subtropikalnych.

δD (delta D) jest wskaźnikiem izotopowym wody, który opisuje względną zawartość deuteru – ciężkiego izotopu wodoru – w parze wodnej lub wodzie względem standardu. Wartość δD pozwala śledzić pochodzenie wilgoci oraz procesy parowania i transportu powietrza.

W regionie NEEM podczas tego zdarzenia zaobserwowano silne wzbogacenie δD rzędu ~100‰ względem lokalnego tła, połączone ze spadkiem nadmiaru deuteru, co doprowadziło wartości izotopowe pary wodnej do poziomu zbliżonego do obserwowanego wcześniej na południu Grenlandii – w rejonie Ivittuut.

– Oceniamy symulację tego zdarzenia w dwóch modelach ogólnej cyrkulacji atmosferycznej z wykorzystaniem izotopów (LMDz-iso i ECHAM5-wiso) – piszą w swojej publikacji wspomniani naukowcy.

Ponadto badacze zastosowali dane satelitarne. Interferometr do sondowania atmosferycznego w podczerwieni (IASI), umieszczony na pokładzie satelity MetOp-A, miał za zadanie pomiary wilgotności powietrza i podawanie sygnału izotopowego (δD) w środkowej troposferze.

Ogólnie mówiąc, podczas lipcowej rzeki atmosferycznej w 2012 r. sygnał izotopowy (zwłaszcza nadmiar deuteru) został zachowany od subtropikalnego źródła wilgoci aż do północno-zachodniej Grenlandii, co dowodzi bardzo efektywnego, szybkiego transportu ciepłej pary wodnej. A to z kolei przyczyniło się do ekstremalnego topnienia pokrywy lodowej Grenlandii w 2012 roku.

Rozszerzenia modelu HIRHAM5 i eksperymenty

W celu ulepszonej symulacji bilans masy powierzchniowej (SMB – Surface Mass Balance) pokrywy lodowej Grenlandii, schemat podpowierzchniowy regionalnego modelu klimatycznego HIRHAM5 został rozszerzony o nowe procesy śniegowe i wodne. W szczególności wprowadzono:

• Zagęszczenie śniegu – zmiana gęstości śniegu w zależności od czasu i warunków, co wpływa na jego zdolność do magazynowania wody.

• Zmienną przewodność hydrauliczną – opisuje, jak łatwo woda może przesiąkać przez warstwy śniegu i firnu.

• Nieredukowalne nasycenie wodą – minimalny poziom wody, który pozostaje w śniegu i firnie, nawet jeśli woda mogłaby spłynąć.

• Dodatkowe czynniki wpływające na przesiąkanie i retencję wody w stanie ciekłym w śniegu.

Rysunek 1. Nieredukowalne nasycenie, _Swi , i nieredukowalna zawartość wody w stanie ciekłym, W _mi (masa wody na śnieg plus woda), jako funkcja gęstości śniegu zgodnie z parametryzacją Coleou i Lesaffre (1998) . Źródło: Peter L. Langen et al./CC By 4.0

Bilans masy powierzchni (SMB) jest to różnica między akumulacją śniegu/lodu a jego stratami (topnienie i sublimacja) w danym okresie.

Naukowcy z Danii pod kierownictwem zespołowym Petera L. Langena, pracujący w Duńskim Instytucie Meteorologiczny (DMI) i w Służbie Geologicznej Danii i Grenlandii w Kopenhadze oraz w Centrum Technologii Arktycznych (ARTEK) na Duńskim Uniwersytecie Technicznym w Lyngby, w swoim badaniu także przeprowadzili eksperymenty czułości, mające na celu sprawdzenie, jak dodanie tych parametrów oraz różne warianty ich implementacji wpływają na wyniki modelu.

Porównanie symulacji z obserwacjami

Model HIRHAM5 został zweryfikowany przy użyciu obserwacji z rdzeni lodowych i stacji pomiarowych.

W obszarach akumulacji, gdzie śnieg gromadzi się i nie topnieje, jej średnie roczne odchylenie netto akumulacji wyniosło −5%, przy współczynniku korelacji 0,90 w porównaniu z 68 rdzeniami lodowymi.

W obszarach ablacji, gdzie zachodzi topnienie śniegu, model dobrze odwzorowuje SMB w porównaniu z 1041 obserwacjami PROMICE, osiągając współczynnik korelacji 0,95–0,97 i średnie odchylenie −3%.

• Uwzględnienie wysokości obszarów ablacji i ilości spływu wody pozwoliło oszacować całkowitą utratę masy w Grenlandii na poziomie −5% (dla albedo ze spektroradiometru obrazowego o średniej rozdzielczości MODIS) lub −7% (dla albedo obliczanego w modelu HIRHAM5).

• Porównanie liczby dni topnienia wskazuje, że model realistycznie odwzorowuje zmienność przestrzenną i czasową (korelacja ~0,9), choć niedoszacowuje zmienności międzyrocznej i przeszacowuje zmienność przestrzenną.

Rys. Położenie 68 rdzeni lodowych użytych do oceny akumulacji (czerwone kółka), 351 miejsc obserwacji SMB w obszarze ablacji (niebieskie kółka) i 75 rdzeni firnowych użytych do oceny gęstości (pokazano nazwy 7 miejsc uwzględnionych na rysunku 7 ) z konturami wysokości (1000–3000 m n.p.m. w odstępach co 500 m, z wyróżnionymi 2000 m n.p.m.) i zarysem zwartej pokrywy lodowej. Źródło: Peter L. Langen et al./CC By 4.0

Znaczenie albedo i parametrów wodnych

Struktura temperatury podpowierzchniowej oraz występowanie warstw wodonośnych firnowych i warstw lodu zawieszonego zależą przede wszystkim od dwóch czynników:

1. Albedo – jest to zdolność powierzchni do odbijania promieniowania słonecznego:

   • Wysokie albedo → mniej pochłanianego ciepła → niższe temperatury podpowierzchniowe.

   • Modelowe albedo obliczane wewnętrznie może powodować zbyt wysokie temperatury głębokie, zanim powstanie warstwa lodu.

2. Nieredukowalne nasycenie wodą – decyduje, ile wody pozostaje w śniegu i firnie:

   • Pozwala na tworzenie warstw lodu, które wpływają na późniejsze temperatury i retencję wody.

Wielowarstwowe struktury wodonośne i warstwy lodu występują w różnych grubościach w zależności od parametrów modelu. Choć wpływają lokalnie na temperaturę i pola śniegu, lodu i wody, to całkowity odpływ i SMB Grenlandii są w obecnym klimacie modelu głównie determinowane przez albedo.

Praca pokazuje, że uwzględnienie w modelu procesów związanych z wodą w śniegu i firnie — takich jak przesiąkanie, retencja wody i tworzenie warstw lodu — pozwala znacznie lepiej odwzorować bilans masy pokrywy lodowej Grenlandii. Pokazuje też, że kluczową rolę w określaniu topnienia i odpływu wody odgrywa albedo powierzchni. Dzięki tym usprawnieniom modele klimatyczne mogą dokładniej przewidywać zmiany pokrywy lodowej i jej wpływ na poziom mórz i oceanów na świecie.

Potężny ubytek masy lodowej Grenlandii pod koniec 2020 roku

Dr Ruth Mottram i dr Martin Stendel z Duńskiego Instytutu Meteorologicznego (DMI – Danish Meteorological Institute), prof. Jason Box i dr Kenneth D. Mankoff ze Służby Geologicznej Danii i Grenlandii (GEUS – Geological Survey of Denmark and Greenland) w Kopenhadze oraz dr Louise Sandberg Sørensen z Narodowego Instytutu Kosmicznego na Technicznym Uniwersytecie Danii i prof. Peter Langen z Wydziału Nauk o Środowisku – Modelowania Atmosfery na Uniwersytecie w Aarhus, w swoich obliczeniach zauważyli, że pokrywa lodowa Grenlandii pod koniec sezonu topnienia w 2020 roku straciła 152 miliardy ton. To jest i tak mniej niż w 2019, gdy wzrost temperatury na Grenlandii, podobnie jak w 2012 roku, był na tyle silny, że przy temperaturze plus 4 stopnie Celsjusza pojawiły się gwałtowne powierzchniowe roztopy tworzące rozległe stawy. ¹

Badania wskazały, że pokrywa lodowa Grenlandii, licząc od 2015 do 2020 roku w stosunku do średniej 1981-2010, kurczyła się coraz szybciej.

—

Rys.1. Mapa pokazuje różnicę między rocznym SMB w latach 2019-20 a okresem 1981-2010 (w mm topnienia lodu). Niebieski pokazuje większy przyrost lodu niż średnia, a czerwony pokazuje większą utratę lodu niż średnia. Źródło: portal DMI Polar.

—

Obliczanie bilansu masy powierzchni Grenlandii

Kluczową sprawą w zrozumieniu tego co się dzieje z Grenlandią jest zrozumienie tak zwanego bilansu masy powierzchni (SMB – Surface Mass Balance) polegającego na obliczeniu, ile jej pokrywy lodowej topnieje na powierzchni, pod wodą oceanu od frontu lodowców wylotowych i szelfowych oraz podlega, też od frontu lodowców, procesom cielenia (odłamywania brył, czyli gór lodowych), a o ile jest ona uzupełniana opadami śniegu i przyrastaniu jego warstwami oraz pod nim warstwami lodu.

—

Rys.2. Skumulowany budżet masy powierzchniowej pokrywy lodowej Grenlandii na lata 2019-20 (niebieska linia), rekordowo niski rok SMB 2011-12 (czerwony) i średnia 1981-2010 (szara). Źródło: Portal Polar DMI.

—

W Carbon Brief dowiadujemy się, że w skali roku, od 1 września do 31 sierpnia, na procentową ilość topnienia (ablacji) pokrywy lodowej Grenlandii oraz na procentową ilość opadów śniegu (akumulacji) ma wpływ wiele czynników. Czytamy dalej w serwisie, że w dużej mierze podczas okresu 2016-17 wpływ na ochłodzenie obszaru Grenlandii w sezonie letnim miała wpływ anomalna rotacja tropikalnego huraganu Nicole, który zawędrował w październiku 2016 roku aż ku wybrzeżom południowej Grenlandii, tuż po zakończeniu bardzo intensywnie ciepłej oscylacji południowopacyficznej El Niño ¹.

Dwa lata później na wysokie topnienie Grenlandii w okresie letnim 2019 roku miała nie tylko sucha jesień w 2018 roku i sucha prawie bezśnieżna zima w 2018 roku oraz na początku 2019 roku, ale i też wczesne anomalne topnienie pod koniec kwietnia i potem trwające od czerwca do końca lata, ciepłego i prawie bez opadów śniegu. Było to spowodowane z kolei wystąpieniem dodatniej fazy Oscylacji Północnoatlantyckiej, której obecność stymuluje napływ bardzo ciepłego powietrza ze średnich szerokości geograficznych.

Lodowce wylotowe w fiordach Grenlandii – co mówią badania z lat 2020-2021 

Pokrywa lodowa Grenlandii jest jednym z kluczowych regulatorów poziomu mórz na Ziemi. Naukowcy od lat obserwują, jak zmienia się jej masa i jak te zmiany wpływają na oceany. Trzy ostatnie, znaczące prace dają wgląd w mechanizmy utraty lodu i jego dynamikę.

Zespół Michaeli D. King z Centrum Badań Polarnych i Klimatycznych im. Byrda na Uniwersytecie Stanowym Ohio w Columbus przeanalizował zmiany w pokrywie lodowej w latach 1985–2018.

Wykorzystano dane satelitarne Landsat 4 i 5, modele klimatyczne RACMO2.3p2 i topografię dna lodowca z BedMachine v3.

Badania obejmowały dane satelitarne Landsat 4 i 5, cyfrowe modele wysokościowe (AeroDEM) i topografię dna lodowego z BedMachine v3, a także modele klimatyczne RACMO2.3p2, które pozwalają śledzić bilans masy powierzchni lodowców. Dzięki tym narzędziom naukowcy mogli obserwować cofanie się lodowców, przerzedzanie strumieni lodu oraz zrzut lodu do oceanu.

Naukowcy śledzili zarówno cofanie się lodowców, jak i przerzedzanie strumieni lodu oraz zrzut lodu do oceanu. Okazało się, że tempo utraty lodu w okresie 2007–2018 było o 14 proc. wyższe niż w latach 1985–1999, a duże lodowce wycofały się średnio o 3 kilometry. Międzyroczna zmienność zrzutu lodu po 2000 roku jest głównie związana ze zmianami położenia czoła lodu, wynikającymi z przyspieszenia spowodowanego zaburzeniami w przepływie lodu. Rok 2019 był szczególnie ekstremalny: latem stopiło się lub oderwało tyle lodu, że podniosło to poziom oceanów o 2,2 milimetra w ciągu dwóch miesięcy. Wpływ na bilans masy mają zarówno wymuszenia antropogeniczne, jak i naturalne zmienności klimatyczne oraz ekstremalne zjawiska pogodowe, takie jak intensywne opady deszczu na najwyższym punkcie Grenlandii w sierpniu 2021 roku.

 

Rys. Regionalne zmiany grubości lodu i położenia czoła lodowców w czterech głównych obszarach Grenlandii w badanym okresie. Różnice w tempie cofania się i przerzedzania lodowców. a) północny zachód – lodowce cofają się i tracą grubość w umiarkowanym tempie, widoczny wyraźny spadek grubości lodu b) środkowy wschód – silniejsze cofanie się lodowców i znaczna utrata grubości, największe zmiany w regionie c) środkowy zachód – cofanie się czoła lodowców umiarkowane, utrata grubości widoczna, ale mniejsza niż w b). d) południowy wschód – zmiany umiarkowane, ale stabilne, cofanie i przerzedzanie mniej intensywne niż w pozostałych regionach. Źródło: Michaela King et al./CC BY 4.0

–

Warto podkreślić, że King i współpracownicy nie ograniczyli się wyłącznie do obserwacji satelitarnych – uwzględnili także modelowanie dynamiki lodowca, aby oszacować wpływ oceanu na cofanie się lodu. Dzięki połączeniu głębokości fiordów (BedMachine v3), pomiarów subglacjalnego przepływu wody i symulacji wymuszenia termicznego (Thermal Forcing, TF) mogli określić, w jakim stopniu ciepła woda oceaniczna podcina czoła lodowców, zmniejszając opór podstawowy i przyspieszając przesuw lodu.

Naukowcy zastosowali też podejście ilościowe do bilansu strumieni lodu (ice flux), uwzględniając:

• qm – topnienie czoła lodowca przez ocean,

• qs – cofanie się frontu spowodowane przerzedzaniem lodowca,

• qf – adwekcję lodu w fiordach,

• qc – cielenie się uziemionych bloków lodu,

• qr – obserwowane cofanie się frontu lodu.

Dzięki temu możliwe było rozdzielenie efektów oceanicznych od zmian zachodzących w masie lodu na powierzchni i w jego wnętrzu. Autorzy pokazali też, że maksymalna szybkość podcinania czoła lodowca (tuż nad dnem morskim) ma większy wpływ na przepływ lodu niż średnie topnienie powierzchni zanurzonej, co pozwala lepiej zrozumieć mechanizm przyspieszania wycofywania się lodowców.

–

Równolegle niemiecki zespół Ingo Sasgena z Instytutu Helmholtz w Bremerhaven posłużył się danymi satelitów grawimetrycznych GRACE (2002–2017) i GRACE‑FO (od 2018), aby śledzić straty masy lodu w skali całej Grenlandii. Przerwa między misjami wynikała z zakończenia działalności ostatniego satelity GRACE i przygotowań do uruchomienia GRACE‑FO, co wymagało interpolacji i kalibracji danych, aby zachować ciągłość szeregów czasowych. Sasgen i współpracownicy wykazali, że choć w 2017–2018 tempo utraty masy zmniejszyło się o 58 %, rok 2019 przyniósł rekordowe straty — 532 ± 58 gigaton lodu w ciągu roku.

Analizy grawimetryczne pozwalają mierzyć zmiany masy lodu z dokładnością setek gigaton w skali roku. Połączenie danych z satelitów GRACE i GRACE‑FO z pomiarami wysokościowymi satelitów oraz regionalnymi modelami klimatycznymi (MARv3.10 i RACMO2.3p2) pozwoliło dokładnie śledzić bilans masy Grenlandii w dekadach. Badania Sasgena i jego zespołu podkreślają też rolę wzmocnienia arktycznego – roczne temperatury w Arktyce rosną około 2,5 razy szybciej niż w tropikach, co przyspiesza topnienie lodu i zwiększa ryzyko ekstremalnych strat masy w pojedynczych latach.

Rys. Zmiana masy pokrywy lodowej Grenlandii od 2002 do 2019 roku. Dane pochodzą z satelitów grawimetrycznych GRACE i ich następców GRACE‑FO, a także z regionalnych modeli klimatycznych MARv3.10 i RACMO2.3p2 oraz z pomiarów wypływu lodu do oceanu. Najważniejsze wnioski: Do 2012 roku tempo utraty masy było wysokie, co oznaczało szybkie topnienie i zrzut lodu do oceanu. W latach 2017–2018 nastąpiło wyraźne spowolnienie utraty lodu – pokrywa lodowa prawie nie traciła masy. Rok 2019 przyniósł rekordowe straty, przy czym wpływ miała ciepła i sucha zima oraz wczesne topnienie od kwietnia przez całe lato. Rysunek uwzględnia również niepewność pomiarów (słupki błędów 2-σ) i pokazuje lukę w danych między GRACE a GRACE‑FO, która została wypełniona interpolacją. Wartość każdej kolumny oznacza dwuletni bilans masy w gigatonach, co pozwala łatwo zobaczyć długoterminowe trendy w utracie lodu. Źródło: Ingo Sasgen et al/CC By 4.0

–

Warto zaznaczyć, że Sasgen i współpracownicy połączyli analizy grawimetryczne z pomiarami satelitarnymi wysokości lodu oraz symulacjami regionalnych modeli klimatycznych, co pozwoliło im odróżnić utratę masy spowodowaną topnieniem powierzchniowym od zrzutu lodu do oceanu. Dzięki temu mogli oszacować, że w ostatnich latach około jedna trzecia utraty lodu wynikała ze zwiększonego odpływu lodu do morza, a pozostałe dwie trzecie z przyspieszonego topnienia powierzchniowego.

Badania Sasgena pokazały też wyraźnie wpływ wewnątrzklimatycznej zmienności, np. wyjątkowe warunki pogodowe w 2010, 2012 i 2019 roku, które znacząco zwiększyły roczne straty lodu. W połączeniu z danymi grawimetrycznymi możliwe było wykrycie tymczasowego spowolnienia strat w latach 2017–2018, co wskazuje na dużą zmienność międzyroczną Grenlandzkiej Pokrywy Lodowej i potrzebę długoterminowego monitorowania.

Dodatkowo, praca podkreśla znaczenie skalibrowania danych z różnych źródeł – GRACE, GRACE‑FO, modele klimatyczne i wysokościomierze satelitarne – aby uzyskać spójny i dokładny obraz bilansu masy. To połączenie metod stanowi obecnie standard w monitoringu zmian lodowców i pozwala przewidywać możliwe reakcje Grenlandii na dalsze ocieplenie klimatu.

–

Michael Wood i współpracownicy z NASA (Pasadena, 2021) przyjrzeli się szczegółowo 226 lodowcom wylotowym i wpływowi ciepłych wód Atlantyku (AW – Atlantic Waters) docierających do fiordów Grenlandii. W badaniach wykorzystano:

• pomiary satelitarne i dane in situ,

• modele oceanu MITgcm o wysokiej rozdzielczości,

• modele systemu pokrywy lodowej ISSM,

• urządzenia CTD (conductivity-temperature-depth) do pomiaru temperatury, zasolenia i głębokości wody w fiordach.

Podczas badań okazało się, że wtargnięcie ciepłych wód oceanicznych do fiordów Grenlandii powoduje podcinanie czoła lodowców, co znacząco przyspiesza ich cofanie. Wyróżniono cztery typy lodowców: w głębokich fiordach z ciepłą wodą, z pływającymi przedłużeniami na płytkich grzbietach, w płytkich fiordach z zimną wodą oraz rozwijające długie poszerzenia pływającego lodu. Największy wpływ na dynamikę lodowca ma maksymalna szybkość topnienia przy dnie fiordu — to ona decyduje o równowadze sił i przyspiesza cofanie linii gruntowania.

Zespół Wooda wyróżnił, w dłuższym badanym okresie 1992-2017, trzy mniejsze okresy, podczas których wymuszenie termiczne (FT – Thermal Forcing) pochodzenia antropogenicznego miało i ma dalej swój wpływ na wycofywanie się lodowców:

1. Okres stabilny 1992-1997 (w okresie tym lód gruntowy cofnął się o 180 km² , czyli 30 km² /rok).
2. Okres ocieplenia 1998-2007 (w okresie tym ubytek lodu gruntowego potroił się do 108 km² /rok).
3. Okres ochłodzenia 2008-2017 (w okresie tym lód gruntowy nadal spadał o 119 km² /rok).

—

Rys. Typy lodowców kończących się w fiordach Grenlandii. Cztery główne typy lodowców wylotowych w zależności od głębokości fiordu i kontaktu z wodami oceanicznymi: A) DW – lodowce w głębokich fiordach z ciepłą wodą. Czoło lodowca podcinane przez ciepłe wody zmniejsza opór podstawowy, co przyspiesza przepływ lodu i cofanie się linii gruntowania. B) CR – lodowce z pływającymi przedłużeniami na płytkim grzbiecie. Podcinanie nie wpływa istotnie na opór podstawowy – lodowiec pozostaje względnie stabilny. C) SC – lodowce w płytkich fiordach z zimną wodą. Brak znaczącego podcinania przez wodę, lodowiec przesuwa się powoli. D) FE – lodowce z długim, pływającym poszerzeniem (>10 km). Długie, pływające przedłużenia lodu zmieniają dynamikę odpływu, ale głębokość fiordu i temperatura wody determinują tempo cofania się lodowca. Rzędne lodowca i dna fiordu są przybliżone, pokazując ogólną topografię i kontakt lodu z wodą. Typ fiordu i kontakt z ciepłą wodą decydują o tym, jak szybko lodowiec traci masę i cofnie się. Źródło: Michael Wood et al./CC By 4.0

—

Warto podkreślić, że badania Wooda nie tylko dokumentują cofanie się lodowców, lecz także kwantyfikują rolę oceanu w bilansie strumieni lodu. Dzięki połączeniu modeli MITgcm i ISSM z pomiarami CTD możliwe było obliczenie: usuwania lodu przez ocean (qm), cofania frontu lodu z powodu przerzedzenia (qs), adwekcji lodu (qf), cielenia się uziemionych bloków (qc) oraz obserwowanego cofania frontu lodu (qr).

Autorzy pokazali, że maksymalna szybkość topnienia przy dnie fiordu (tzw. szybkość podcinania) ma największy wpływ na dynamikę lodowca, a nie średnia prędkość topnienia zanurzonej powierzchni lodu, która zwykle jest 2–3 razy mniejsza. Wzmocnione podcinanie przyspiesza cofanie się linii gruntowania, co jest kluczowym mechanizmem w ocenie stabilności lodowców i prognozowaniu przyszłych strat masy w kontekście ocieplenia oceanów.

Dodatkowo praca Wood et al. podkreśla znaczenie różnic regionalnych: lodowce w głębokich fiordach z ciepłą wodą cofają się szybciej niż te w płytkich fiordach z zimną wodą, co pokazuje, że reakcja Grenlandzkiej Pokrywy Lodowej na zmiany klimatu jest silnie zależna od lokalnych warunków oceanicznych i geomorfologii fiordów.

=

Wszystkie trzy badania z lat 2020-2021 pokazują spójny obraz, że Grenlandia traci lód szybciej niż kiedykolwiek w historii obserwacji. A tempo jego utraty zależy od synergii między klimatem atmosferycznym, ciepłymi wodami oceanicznymi i lokalnymi zjawiskami pogodowymi. Dane satelitarne, modele klimatyczne i pomiary in situ pozwalają naukowcom nie tylko śledzić obecne zmiany, ale też prognozować wpływ dalszego ocieplenia na poziom mórz i dynamikę lodowców.

Punkt krytyczny pokrywy lodowej Grenlandii

Praca Nilsa Bochowa i jego wspołpracowników z Wydziału Matematyki i Statystyki, UiT na Arktycznym Uniwersytecie Norweskim w Tromsø, z Instytutu Nielsa Bohra na Wydziale Fizyki Lodu, Klimatu i Ziemi na Uniwersytecie Kopenhaskim oraz z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu w Niemczech, analizuje, co dzieje się z pokrywą lodową Grenlandii (GrIS) gdy globalna temperatura przekracza określone krytyczne progi (tzw. „critical thresholds”), a następnie spada. Badanie to jest modelem reakcji GrIS na różne scenariusze ocieplenia i ochłodzenia w XXI wieku i dalej, pokazuje ono jak długie okresy przegrzewania mogą prowadzić do trwałych zmian masy lodu i poziomu mórz i oceanów.

Aby to zbadać, naukowcy wykorzystali dwa nowoczesne modele pokrywy lodowej sprzężone z klimatem – PISM‑dEBM i Yelmo‑REMBO – które pozwalają symulować zarówno przepływ lodu, jak i jego topnienie pod wpływem zmian temperatury. Modele były kalibrowane przy użyciu aktualnych danych o grubości lodu i topografii dna z BedMachine v5 oraz wymuszeń klimatycznych z globalnych projekcji CMIP6, uwzględniających regionalne ocieplenie Arktyki. Dzięki temu możliwe było sprawdzenie, w jaki sposób różne scenariusze wzrostu i spadku temperatur wpływają na objętość GrIS, tempo jej cofania i potencjalny wkład w podnoszenie się poziomu mórz.

Rys. Modele klimatyczne symulują reakcję Grenlandzkiej Pokrywy Lodowej (GrIS) na długotrwałe, 100-letnie ocieplenie bez żadnego łagodzenia emisji. Modele PISM-dEBM i Yelmo-REMBO pokazują zmiany objętości i grubości lodu w zależności od wzrostu letniej temperatury od 0 do 7 °C powyżej współczesnej. W PISM-dEBM można wyróżnić trzy reżimy: obecny stan pokrywy lodowej, stan pośredni z częściowym cofnięciem lodu i stan praktycznie wolny od lodu. Yelmo-REMBO przewiduje jedynie dwa stany: współczesną pokrywę lub prawie całkowity zanik lodu. Mapy grubości lodu pokazują, które obszary Grenlandii tracą lód w poszczególnych scenariuszach, np. południowo-zachodnia część cofająca się w stanie pośrednim. Rysunek podkreśla, że nawet umiarkowane, utrzymujące się ocieplenie może doprowadzić do trwałej utraty znacznej części lodu, a różnice między modelami pokazują niepewność w przewidywaniu dokładnego rozwoju pokrywy lodowej. Źródło: Nils Bochow/CC BY 4.0

–

Na temat zespołowej pracy Bochowa można przede wszystkim wyróżnić trzy kluczowe elementy, które w popularnonaukowym stylu wyjaśniają znaczenie pracy:

1. Chronologia badań i symulacji – naukowcy przebadali scenariusze ocieplenia i ochłodzenia w XXI i XXII wieku, testując, jak długo Grenlandia może utrzymywać zwiększoną temperaturę, zanim zmiany w lodzie staną się trwałe. To pozwala zobaczyć, że nawet krótkotrwałe „przeciążenia” cieplne mogą powodować nieodwracalne cofanie się lodowców.

2. Mechanizmy i procesy fizyczne – modele pokazują, że po przekroczeniu krytycznych progów temperatura powierzchni GrIS prowadzi do wzmocnienia topnienia czołowego, przyspieszenia przepływu lodu do oceanu oraz zmniejszenia bilansu masy w głębszych częściach lądolodu. Nawet po ochłodzeniu lodowiec nie zawsze wraca do stanu sprzed ocieplenia, co obrazuje tzw. efekt „overshoot”.

3. Znaczenie dla poziomu mórz – badania Bochowa pokazują, że długotrwałe przegrzewanie, nawet na kilka dekad, może doprowadzić do utraty setek gigaton lodu, co w długim okresie podnosi poziom mórz o dziesiątki centymetrów. W połączeniu z innymi czynnikami klimatycznymi, jak topnienie Antarktydy, daje to pełniejszy obraz ryzyka dla globalnych wybrzeży.

Ogólnie mówiąc, modele były kalibrowane na podstawie obserwacji satelitarnych i batymetrycznych (BedMachine, GRACE/GRACE‑FO, lidarowe pomiary wysokości lodu). Uwzględniono przy tym regionalne wzmocnienie arktyczne (Arctic Amplification), które wzmaga topnienie lodu w północnej Grenlandii.

Badacze w pracy na koniec stwierdzają:

– Ustaliliśmy, że średnia globalna temperatura przekraczająca poziom sprzed epoki przemysłowej mieści się w przedziale od 1,7°C do 2,3°C, po przekroczeniu którego pokrywa lodowa Grenlandii ulega nagłej i w dużej mierze nieodwracalnej utracie, nawet jeśli później temperatury ulegną obniżeniu.

30 lat Grenlandia co roku traci nieprzerwanie lód

Carbon Brief w grudniu 2025 roku donosi, że Grenlandia w ciągu 30 lat nieprzerwanie  traci lód. I tu zaznacza, że ostatni przyrost pokrywy lodowej tej lodowej wyspy miał miejsce w latach 1995–1996.

Około 80 % powierzchni lodu doświadczało topnienia jednocześnie w połowie lipca 2025 – rekord w danych sięgających 1981 roku; Wraz z zakończeniem kolejnego sezonu topnienia Grenlandia utraciła 105 mld ton lodu w latach 2024–2025. W ubiegłym roku miało miejsce kilka znaczących wydarzeń, m.in. topnienie lodu trwające aż do września – znacznie dłużej niż do końca sierpnia, kiedy to zazwyczaj kończy się krótkie lato na Grenlandii. W hipotetycznym świecie, na który nie wpłynęłaby zmiana klimatu spowodowana działalnością człowieka, topnienie lodu na Grenlandii rzadko występowałoby we wrześniu, a jeśli już, to ograniczałoby się głównie do południa kraju – piszą dr Martin Stendel z kopenhaskiego DMI oraz prof. Ruth Mottram z DMI i profesor honorowy na Uniwersytecie w Aarhus.

Według obliczeń naukowców z Duńskiego Instytutu Meteorologicznego (DMI), Grenlandia zakończyła rok 2024-25 z całkowitym zapasem SMB wynoszącym około 404 mld ton. Jest to 15-ty najwyższy SMB w zbiorze danych obejmującym 45 lat, przewyższający średnią z lat 1981-2010 o około 70 mld ton.

 

Rys. Po lewej: Mapa pokazująca w dniu 31 sierpnia 2025 roku różnicę między rocznym SMB w latach 2024-2025 a okresem 1981-2010 w mm topnienia lodu. Kolor niebieski oznacza przyrost lodu w porównaniu ze średnią, a kolor czerwony – utratę lodu w porównaniu ze średnią. Po prawej: Dzienny (górny wykres) i skumulowany (dolny wykres) SMB pokrywy lodowej Grenlandii, odpowiednio w Gt/dzień i Gt. (1 Gt to 1 kilometr sześcienny). Niebieskie linie oznaczają SMB w latach 2024-2025; szare linie i obszary pokazują średnią i zmienność w latach 1981-2010; a czerwona linia na dolnym wykresie oznacza rekordowo niski SMB w latach 2011-2012. Źródło: Polar Portal.CC BY 4.0

 

Lata 2024-25 na Grenlandii przyniosły z sobą topnienia pokrywy lodowej Grenlandii aż do września. Coraz częściej obserwuje się zwiększenie topnienia lodu w północnej części terytorium nawet wrześniu. Również zauważono, że lód zanika wzdłuż całego zachodniego wybrzeża.

Na podstawie danych GRACE/GRACE-FO satelitarne szacunki wskazują ~55 mld ton ubytku za ten sam okres, co pokazuje zgodność wyników różnych metod.

– Gdyby nie zmiany klimatu spowodowane działalnością człowieka, topnienie lodu we wrześniu zdarzałoby się bardzo rzadko i ograniczałoby się głównie do południa kraju – podkreślają naukowcy z DMI.

Lądolód grenlandzki odgrywa kluczową rolę we wzroście poziomu morza

Alison Delhasse jest związana z Uniwersytetem w Liège (ULiège) w Belgii, natomiast Christophe Kittel pełni funkcję adiunkta na Wydziale Geografii Vrije Universiteit Brussel (VUB), jest pracownikiem naukowym FNRS (Fonds de la Recherche Scientifique) oraz badaczem podoktorskim na Uniwersytecie w Liège. Trzecią współautorką pracy jest Johanna Beckmann z Poczdamskiego Instytutu Badań nad Wpływem Klimatu (PIK) w Niemczech. Badacze na wstępie swojej pracy naukowej napisali:

Lądolód grenlandzki (GrIS) odgrywa kluczową rolę we wzroście poziomu morza (SLR). Badamy jego reakcję na progi ocieplenia na przestrzeni dwóch stuleci, wykorzystując sprzężony model regionalnej i atmosferycznej pokrywy lodowej (MAR-PISM, odpowiednio z rozdzielczością 25 i 4,5 km). Analizujemy reakcje na globalny wzrost temperatury atmosfery od +0,6 do + 5,8°C od okresu przedindustrialnego i oceniamy odbudowę GrIS, jeśli klimat powróci do obecnych warunków, przy założeniu niezmienionych warunków oceanicznych. 

To badanie modelowe miało na celu pokazanie, w jaki sposób do końca XXII wieku pokrywa lodowa Grenlandii (GrIS) reaguje na różne scenariusze ocieplenia atmosferycznego w horyzoncie do roku 2200. W pracy zastosowano:

• sprzężony model pokrywy lodowej i klimatu MAR-PISM (regionalny model klimatu + model lodowca), działający w wysokiej rozdzielczości (25 km i 4,5 km), co pozwala uchwycić zarówno zmiany powierzchniowe, jak i fizykę przepływu lodu,

• różne scenariusze wzrostu temperatury globalnej od +0.6 °C do +5.8 °C względem epoki przedindustrialnej,

• eksperymenty „reverse” – czyli ochładzanie po wzroście temperatury – po to aby ocenić, czy GrIS może się odbudować po okresie ocieplenia.

Rys. Globalne ocieplenie bliskiej powierzchni CESM2 (temperatura 2 m) (°C) w porównaniu do lat 1850–1950 (temperatury przedindustrialne) w ramach 10 eksperymentów sprzężenia MAR-PISM do roku 2200. Pogrubione linie oznaczają średnie z 11 lat. Źródło: Alison Delhass et al./CC BY 4.0

–

Autorzy przeprowadzili symulacje, które obejmowały bezpieczne ocieplenie poniżej +1.4 °C – gdzie masa lodu zmienia się stosunkowo umiarkowanie. Następnie – przekroczenie progu +1.4 °C, które prowadzi do nieliniowego przyspieszenia utraty masy. Ponadto – scenariusze silnego ocieplenia (+4.4 °C do +5.2 °C) – z jeszcze większym wzrostem wkładu GrIS w poziom mórz. I w końcu ochładzanie po ogrzewaniu, które ma pokazać, że szybkie ochłodzenie może ograniczyć dalsze straty lodu, ale nie przywróci go do stanu sprzed ocieplenia, jeśli zostaną przekroczone progi na dłuższy okres czasu.

Wzrost temperatury powyżej +1.4 °C względem epoki przedindustrialnej powoduje wyraźne przyspieszenie utraty masy lodu i zwiększony wkład w postępujący wzrost poziomu mórz i oceanów. Obliczony wynik wskazał, że do 2200 roku będzie to ok. 8–9 cm do przy  występowaniu umiarkowanego ocieplenia. Jednak ten wynik jest znacznie większy przy obecności wyższych temperatur.

Dalsze ocieplenie, np. do +2.3 °C, może utrzymać dodatni bilans, który stopniowo obniża pokrywę lodową i zwiększa jej wkład w podnoszenie się mórz i oceanów. Nawet po ochłodzeniu klimatu, GrIS może pozostać w stanie mniej stabilnym niż gdy była przed okresem ocieplenia. A wszystko to oznacza trwałą utratę masy i wyższy poziom mórz w XXI i XXII wieku.

Autorzy zastosowali sprzężone modelowanie klimatu i pokrywy lodowej, aby zbadać reakcję Grenlandii na różne poziomy ocieplenia:

• Regionalny model klimatu MAR (v3.11.5) – do symulacji opadów, temperatury, topnienia i bilansu masy powierzchni (SMB).

• Model pokrywy lodowej PISM – do obliczeń dynamiki przepływu lodu i zmian geometrii lądolodu.

• Sprzężenie MAR–PISM – pozwalające uwzględnić kluczowe sprzężenia zwrotne (melt–albedo, melt–elevation, nasycenie firnu).

• Wymuszenia klimatyczne z globalnego modelu CESM2 – scenariusze ocieplenia od ok. +0,2 do +5,8 °C względem epoki przedindustrialnej.

• Symulacje długoterminowe (do ~2200 r.), w tym eksperymenty „odwracania” klimatu po przekroczeniu progów ocieplenia.

• Wysoka rozdzielczość przestrzenna (ok. 25 km i 4,5 km), umożliwiająca analizę regionalnych różnic reakcji GrIS.

Podsumowując temat tej pracy, to nie obserwacje satelitarne, lecz eksperymenty numeryczne, pokazujące, jak długość i wysokość ocieplenia decydują o tym, czy Grenlandia może się jeszcze odbudować — czy też trwale traci masę i podnosi poziom mórz.

—

Referencje:

1. 1. Jean Louis-Bonne et al., 2015 ; The Summer 2012 Greenland Heat Wave: In Situ and Remote Sensing Observations of Water Vapor Isotopic Composition During an Atmospheric River Event ; JGR Atmospheres ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2014JD022602#
   2. Peter L. Langen et al., 2017 ; Liquid Water Flow and Retention on the Greenland Ice Sheet in the Regional Climate Model HIRHAM5: Local and Large-Scale Impacts ; Cryospheric Sciences ; https://www.frontiersin.org/journals/earth-science/articles/10.3389/feart.2016.00110/full
   3. Guest Post, 2019 ; Guest post: How the Greenland ice sheet fared in 2019 ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/guest-post-how-the-greenland-ice-sheet-fared-in-2019
   4. Michaela D. King et al., 2020 ; Dynamic Ice Loss from the Greenland Ice Sheet Driven by Sustained Glacier Retreat ; Communications Earth & Environment ; https://www.nature.com/articles/s43247-020-0001-2
   5. Nino Sasgen et al., 2020 ; Return to Rapid Ice Loss in Greenland and Record Loss in 2019 Detected by the GRACE-FO Satellites ; https://www.nature.com/articles/s43247-020-0010-1
   6. Michael Wood et al., 2021 ; Ocean forcing drives glacier retreat in Greenland ; Science Advances ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aba7282
   7. Nils Bochow et al., 2023 ; Overshooting the Critical Treshold for the Greenland Ice Sheet ; Nature ; https://www.nature.com/articles/s41586-023-06503-9
   8. Martin Stendel & Ruth Mottram, 2025 ; Guest Post: How the Greenland Ice Sheet Fared in 2025 ; Carbon Brief ; https://www.carbonbrief.org/guest-post-how-the-greenland-ice-sheet-fared-in-2025/
   9. Alison Delhasse, Christoph Kittel & Johanna Beckmann, 2025 ; Exploring the Greenland Ice Sheet’s Response to Future Atmospheric Warming-Treshold Scenarios over 200 Years ; The Cryosphere ; https://tc.copernicus.org/articles/19/4459/2025/?utm_source=chatgpt.com