Wzrost stężenia gazów cieplarnianych, zwłaszcza dwutlenku węgla w atmosferze powoduje wzrost w niej temperatury, co z kolei ma wpływ na wzrost energii cieplnej w systemie klimatycznym naszej planety. To ocieplenie występuje od lat 70 również w oceanach. Już od początku XX wieku cofają się lodowce górskie, powoli topnieje lód morski w Arktyce oraz od lat 30 XX wieku topnieją pokrywy lodowe Grenlandii i Antarktydy, co też ma w końcu wpływ na podnoszenie się poziomu morza, które w całym XX wieku bardzo mocno przyspieszyło.
Fot.1. Wzrost poziomu morza (Internet)
Odkąd wykonuje się pomiary satelitarne, czyli od 1993 roku, wzrost poziomu morza według NASA GISS wynosi 98 (± 4,0) mm. A całościowy wzrost poziomu morza w okresie 1900-2018, również mierzony przez NASA, wyniósł ponad 200 mm.
Rys.1. Według satelitarnych pomiarów NASA GISS poziom morza wzrósł o ponad 9 cm od 1993 r. I przy tym tempie do końca stulecia nastąpiłby wzrost poziomu morza o ponad 30 cm (źródło: NASA Global Climate Change).
Rys.2. Według instrumentalnych i satelitarnych pomiarów NASA GISS wzrost poziomu morza w latach 1900-2018 (źródło: NASA Global Climate Change).
Robert Kopp z Uniwersytetu Rutgers z Wydziału Nauk Ziemi i Planetarnych, w swojej zespołowej pracy zwrócił uwagę, że nauka o poziomie morza wskazuje na dużą niepewność w prognozach przyszłego systemu klimatycznego. Wszystko w dużej mierze zależy od tego jakie scenariusze emisji gazów cieplarnianych obierze nasza cywilizacja 1.
Autorzy powyższej pracy zaznaczyli, że w długoterminowym oddziaływaniu wzrost temperatury globalnej spowoduje coraz szybszy wzrost poziomu morza z powodu topnienia lodu na Ziemi, zarówno pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy, jak i lodowców górskich oraz z powodu rozszerzalności termicznej, czyli rosnącej objętości coraz cieplejszych wód oceanicznych i morskich, i ze zmiany magazynowania wody na lądach.
Natomiast w krótkoterminowym oddziaływaniu zmienności klimatyczne, jak np. pływy czy sztormy już w tej chwili wywierają poważne szkody w przybrzeżnych ekosystemach oraz w infrastrukturze budowlanej oraz drogowej ludzi.
Ponadto autorzy napisali o przesuwaniu się masy między kriosferą, hydrosferą lądową i oceaniczną, które wywołuje efekty grawitacyjne i rotacyjne, które zmieniają wysokość powierzchni morza, a także deformują skorupę ziemską, wpływając na wysokość lądu. Są to tzw. efekty grawitacyjne, rotacyjne i deformacyjne (GRD – gravitational, rotational, and deformational) (np. Clark i Lingle, 1977 ; Mitrovica i in., 2011 ). Gdyż, ciągła reakcja płaszcza Ziemi na przeszłe zmiany obciążenia powoduje wzrost dodatkowych efektów GRD, znanych jako glacjalna korekta izostatyczna (GIA – Glacial Isostatic Adjustment); np. (Farrell i Clark 1976 ; Lambeck et al., 2014 ; Peltier et al., 2015).
Rys.3. (a) Czynniki wpływające na zmianę średniego globalnego poziomu morza (GMSL – Global Mean Sea Level) i regionalnego poziomu morza (RSL – Regional Sea Level). Pogrubione etykiety identyfikują proces, który napędza zmiany GMSL, z przybliżonym średnim wkładem w latach 1993-2017 (Mouginot i in., 2019 ; Rignot i in., 2019 ; WCRP Global Sea Level Budget Group, 2018 ; Zemp i in., 2019). Na podstawie Milne et al. (2009). (b) Różnica między medianą RSL a medianą projekcji GMSL w RCP 8.5 w 2100, na podstawie prognoz Robert Kopp i inni (2014).
Skoro z powodu ocieplenia klimatu topnienie lodu na Ziemi podnosi poziom morza, to naukowców intrygowało to kiedy dokładnie i w jakich obszarach planety przebiega on najszybciej.
Tą zagadkę udało się rozwiązać w 2019 roku niemieckiemu oceanografowi Sönke Dangendorfowi, który wraz ze swoim zespołem badawczym z Uniwersytetu w Siegen dokonał tak zwanej rekonstrukcji hybrydowej (HR – Hybrid Reconstruction) poszczególnych regionów oceanicznych na Ziemi 2.
To znaczy, naukowcy zastosowali dwie metody : probabilistyczną, w której dobrze da się uchwycić długoterminowe zmiany klimatu, ale słabo krótkoterminowe zmiany, jak np. takie zmienności klimatyczne jak ENSO (El Nino / La Nina) oraz empiryczną ortogonalną, w której na odwrót, dobrze da się uchwycić zmiany krótkoterminowe, a słabiej długoterminowe. Dzięki temu właśnie skompletowali zapis z pływomierzy (mareografów) od 1900 roku do dziś łącznie z pomiarami z altymetrów (wysokościomierzy) satelitarnych wykonywanymi od 1991 roku przez ESA (Europejską Agencję Kosmiczną) i od 1993 roku przez NASA (Narodową Amerykańską Agencję Kosmiczną).
Badacze zauważyli najważniejsze, że w latach 60 wzrost poziomu morza zaczął przyspieszać, co widać na poniżej przedstawionym wykresie.
Naukowcy z Uniwersytetu w Siegen analizując wzrost poziomu morza sprzed 60 lat zaobserwowali, że jest najwyższy na półkuli południowej na styku Oceanu Indyjskiego i Oceanu Spokojnego oraz w Oceanie Atlantyckim. Na 40-tym stopniu południowej szerokości geograficznej wieją bardzo silne Wiatry Zachodnie, tzw. „ryczące czterdziestki”, które silnie spychają ciepłą górną warstwę wody daleko na północ, po to by spowodować wypływ zimniejszej gęstszej wody z głębin oceanu. I właśnie ta zimna woda pochłania znacznie więcej ciepła, co skutkuje większą rozszerzalnością termiczną, czyli zwiększaniem się objętości wody morskiej. Wyniki badań wskazały w ciągu 70 lat intensyfikację Wiatrów Zachodnich o 15%, co poskutkowało wzrostem średniego globalnego poziomu morza do 40 mm.
Z kolei szacuje się, że termosteryczny wzrost poziomu morza odpowiada w przybliżeniu za jedną czwartą obserwowanego tempa globalnego wzrostu poziomu morza w latach 1961-2003, przyczyniając się do wzrostu 0,32 ± 0,12 mm w ciągu roku, dzięki ociepleniu wód do głębokości 700 m oraz 0,42 ± 0,12 mm w ciągu roku dzięki ociepleniu wód do głębokości 3000 m.
Rys.4. Wydajność rekonstrukcji hybrydowych (HR) w porównaniu do wysokościomierza satelitarnego i pływów
a) Korelacja między względnym poziomem morza skorygowanym przez glacjalną korektę izostatyczną (GIA – Glacial Isostatic Adjustment) wziętą z rekonstrukcji hybrydowych (HR) i z wysokościomierza satelitarnego w latach 1993-2015 (cieniowanie) oraz z HR i z pływomierzy (czarne kółka) w ich nakładających się okresach.
Korelacje obliczono na podstawie rocznych zmanipulowanych szeregów czasowych.
b) Średnie w skali basenu obliczone z rekonstrukcji hybrydowej (kolor niebieski) i wysokościomierza satelitarnego (kolor czerwony). Cienkie linie pokazują średnie miesięczne, podczas gdy grube linie oznaczają średnie roczne.
(Sönke Dangendorf i inni, 2019)
Referencje:
- Kopp R. E. et al., 2019 ; Usable Science for Managing the Risks of Sea-Level Rise ; Earth’s Future ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018EF001145
- Dangendorf S. et al., 2019 ; Persistent acceleration in global sea-level rise since the 1960s ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-019-0531-8