Ponad 10-letnie badania Antarktydy Zachodniej wskazują wyraźnie, że nie tyle utrata masy lodowej, w tej części kontynentu, czy topnienie lodu na powierzchni, ale zawalenie się kluczowych lodowców szelfowych (lodowych półek szelfowych) może przyczynić się do znaczącego wzrostu poziomu mórz i oceanów na świecie, który może zagrozić wielu nisko położonym wybrzeżom kontynentalnym oraz większym czy mniejszym wyspom. Naukowcy od wielu dekad wciąż biją na alarm, że należy szybko redukować i zerować emisje gazów cieplarnianych
Antarktyda to specyficzny kontynent. Jego topografia wyraźnie różni się od topografii Grenlandii. Jest położona w niecce wraz z wieloma lodowcami szelfowymi. Znacznie mniejsza część zachodnia jest zanurzona częściowo w oceanie, natomiast część wschodnia jest znacznie większa, górzysta i bardziej wyniesiona ponad poziom morza. Wpływ ocieplającego się klimatu najsilniej oddziałuje na stabilność pokrywy lodowej Antarktydy.
—
Fot.1. Zdjęcie lotnicze półwyspu Browning Casey na Antarktydzie. Źródło: Will Salter Getty Images
—
Mechanika zanikania lodu na Antarktydzie Zachodniej
David Pollard i Richard Alley z Instytutu Systemów Ziemi i Środowiska na Uniwersytecie Stanowym w Pensylwanii oraz Robert DeConto z Wydziału Nauk o Ziemi na Uniwersytecie Massachusetts w Amherst, na podstawie trójwymiarowego modelu pokrywy lodowej, stwierdzili, że lodowce szelfowe będące barierami dla wnętrza lodowego kontynentu, głównie topnieją przez wnikanie ciepłych wód głębinowych w ich podstawy. 1
Choć duże znaczenie ma też tak zwane szczelinowanie hydrauliczne, czyli wnikanie na powierzchnię lądolodu wód roztopowych głęboko w ich szczeliny, które przyczynia się do ich osłabiania i pękania oraz rozpadu klifów lodowych, prowadzącego do cielenia gór lodowych. Ono z kolei powoduje na powierzchni pokrywy lodowej Antarktydy przyspieszony spływ strumieni i rzek lodowych prosto do oceanu. Cielenie gór lodowych nie podnosi poziomu morza, ale spływ masy lodowej z kontynentu, już tak.
—
Rys.1. Schematyczny przekrój lodowca wchodzącego w stan krytycznego rozpadu klifów. Lód płynie od lewej do prawej strony, od lodu na lądzie do lodowca szelfowego w oceanie. M = powierzchniowy spływ cieczy do szczelin i kruszenie hydrauliczne. C = cielenie się lodowca. O = oceaniczne topnienie podstawy lodowca. F = przepływ deformacyjny lodu przez linię gruntowania. Czerwone strzałki pokazują możliwy ruch linii gruntowania: a) rozbudowany lodowiec szelfowy, niewielkie nachylenie zboczy w strefie gruntowania b) po silnym ociepleniu (duże M, C, O) szelf prawie znika, lecz nachylenie zboczy wciąż pozostaje niewielkie c) szelfu już nie ma, pojawia się pionowy klif o wysokości > około 100 m ponad powierzchnię morza, który rozpada się pod własnym ciężarem, co prowadzi do szybkiego cofania się linii gruntowania (David Pollard i inni, 2015).
—
Linia gruntowania cofa się coraz szybciej. Grozi to zawaleniem lodowców szelfowych
Naukowcy najbardziej obawiają się nie tyle bezpośrednio szybkiej utraty masy lodu i jego topnienia, co zawalenia się ogromnych lodowców szelfowych Thwaites i Pine Island, powierzchnia jest porównywalna z obszarem Wielkiej Brytanii.
Punktem krytycznym jest przekroczenie tzw. linii gruntowania, wówczas cofający się lód może utracić stabilność w niecce kontynentalnej i doprowadzić do zawalenia się szelfu lodowego.
Tyler C. Sutterley z Wydziału Nauki Systemu Ziemi na Uniwersytecie Kalifornijskim w Irvine, wraz ze swym zespołem badawczym, zauważył w swoich badaniach, że sam rozpad Thwaites i Pine Island doprowadziłby do wzrostu poziomu oceanów o około 1,2 metra. Naukowcy obliczyli to na podstawie pomiarów z wysokościomierzy laserowych satelity ICESat i samolotów badawczych w misji Operation IceBridge, z wysokościomierzy radarowych satelity Envisat, pomiarów grawitacji zmiennej w czasie dokonanych przez satelitę GRACE oraz za pomocą symulacji regionalnego modelu klimatu atmosferycznego RACMO2.3.
Ponadto obliczono bilans masy powierzchni (SMB – Surface Mass Balance), prędkość lodu na podstawie radarów obrazujących oraz grubość lodu za pomocą sond radarowych.
Lodowce szelfowe, wspomniane Thwaites i Pine Island, stoją na grzbiecie pomiędzy szelfem kontynentalnym, a niecką kontynentalną, umieszczoną pod lądolodem kontynentalnej części Zachodniej Antarktydy. Silnie podmywane podstawy tych lodowców sprawiają, że cofa się linia gruntowania, która może w każdej chwili załamać się, gdy oba lodowce zapadną się w tejże niecce kontynentalnej.
Współautor powyższego badania Eric Rignot powiedział:
Nie stwierdziliśmy obecności na dnie oceanicznym żadnych przeszkód, które mogłyby zapobiec dalszemu cofaniu się lodowców i ich zniknięciu z całego obszaru.
—
Rys.2. a) wskaźniki bilansu masy powierzchni RACMO SMB (niebieski kolor) i zrzut lodu do oceanu (D – Discharge) b) utrata masy przez lodowce Morza Amundsena w miliardach ton rocznie, analizowane różnymi metodami. Kolor czarny – oszacowanie metodą budżetu masy (MBM – Mass Budget Method), kolor czerwony – pomiary grawimetryczne satelitów GRACE, kolor zielony – satelitarna altymetria radarowa wykonana przez satelity Envisat, kolor pomarańczowy – altymetria laserowa wykonana przez satelity kampanii pomiarowych ICESat/IceBridge c) utrata masy jak w punkcie B) w stosunku do wkładu ekwiwalentu poziomu morza (Tyler C. Sutterley i inni, 2014).
—
Sam rozpad tych dwóch gigantycznych lodowców szelfowych grozi spowodowaniem powstania ogromnych fal tsunami oraz przyspieszonego wzrostu poziomu morza, które zagrożą wielu niskim wybrzeżom kontynentalnym oraz wyspom, a także portom, uprawom rolnym, zabudowie miejskiej i wiejskiej, a także wielu ekosystemom morskim i nadmorskim oraz częściowo lądowym i nadmorskim, tak zwanym estuariom. Koszty zniszczeń infrastruktur miejskich i wiejskich oraz ekosystemów będą astronomiczne.
Cztery przedstawione metody są zgodne pod względem ubytku masy lodu i przyspieszenia jej ubytku w skali regionalnej w poszczególnych okresach badań:
- W latach 1992–2013 całkowity ubytek masy wyniósł 83 ± 5 Gt/rok ze średnim przyspieszeniem 6,1 ± 0,7 Gt/rok.
- W latach 2003–2009 całkowity ubytek masy wyniósł 84 ± 10 Gt/rok z przyspieszeniem 16,3 ± 5,6 Gt/rok (prawie 3-krotne większym przyspieszeniem niż w latach 1992–2013).
- W latach 2003–2011 ubytek masy wyniósł 102 ± 10 Gt/rok z przyspieszeniem 15,7 ± 4,0 Gt/rok.
Wyniki są zgodne z niezależnymi szacunkami bilansu masy w otoczeniu zdominowanym przez zmianę dynamiki lodu ze znaczną zmiennością bilansu masy powierzchni.
Główny autor, Tyler Sutterley, doktorant UCI, powiedział w serwisie Science Daily 3:
Poprzednie badania sugerowały, że ten region zaczyna się bardzo dramatycznie zmieniać od lat 90. XX wieku i chcieliśmy zobaczyć, jak porównuje się wszystkie różne techniki. Niezwykła zgodność między technikami dała nam pewność, że robimy to dobrze.
Tak więc, gdy zawalą się na Antarktydzie Zachodniej kolosalne lodowce szelfowe, takie jak Thwaites wielkości Wielkiej Brytanii i Pine Island wielkości stanu Nevada w USA, to mogą wywołać one tak potężne fale tsunami oraz wzrost poziomu morza, że wiele nisko położonych wysp oraz wybrzeży lądowych może być po prostu narażonych na groźne podtopienia, a nawet na całkowite zalania. W niebezpieczeństwie jest wiele nadbrzeżnych wielkich portów wielkich miast takich jak Tokio, Nowy Jork, Jakarta, Aleksandria, Wenecja, Dhaka, Rio de Janeiro, Amsterdam, Szanghaj, Miami czy Londyn.
—
Rys.3. Kontynent Antarktyda skorygowany izostatycznie z usuniętym lodem (projekt artystyczny).
—
W Obszarze Zatokowym Morza Amundsena nastąpiło wzmocnienie topnienia podmorskiego lodowców szelfowych
Obszar Zatokowy Morza Amundsena (ASE – Amundsen Sea Embayment) na całym kontynencie Antarktydy jest najbardziej narażony na największą utratę masy lodu netto.
W 2016 roku dowody naukowców wskazały, że wzmocnienie cyrkulacji ciepłej, słonej okołobiegunowej wody głębinowej (CDW – Circumpolar Deep Water) we wnękach pod szelfami lodowymi jest głównym czynnikiem wyzwalającym i przyczyniającym się do utraty lodu w regionie.
Ala Khazendar i Eric Rignot z Laboratorium Napędów Odrzutowych Kalifornijskiego Instytutu Technologii, stwierdzili, że lodowce szelfowe w Obszarze Zatokowym Morza Amundsena, takie jak: Smith, Kohler, Pope, Haynes, Crosson i Dotson, pomimo że są mniejsze, to ich utrata masy i topnienie ma znaczący wkład we wzrost poziomu morza 4.
Jednocześnie zwiększenie napływu ciepła oceanicznego i wzmożenie topnienia lodu na dnie we wnękach powoduje coraz większe rozrzedzenie szelfów lodowych, przyczyniając się do cofania się linii gruntowania i osłabienia kontaktu z leżącym poniżej podłożem skalnym, krawędziami bocznymi, stabilizującymi grzbietami i punktami zaczepienia, takimi jak wzniesienia lodowe. W konsekwencji podpory podtrzymujące szelfy lodowe, stają się coraz mniej stabilne, co prowadzi do dalszego rozrzedzenia lodowców oraz przyspieszania spływu lodu do oceanu, w szczególności gdy wzmożone topnienie koncentruje się w pobliżu linii gruntowania.
Wspomniane wcześniej lodowce Pine Island (PIG – Pine Island Glacier) i Thwaites (TG – Thwaites Glacier), są to dwa największe lodowce szelfowe w obszarze zatokowym Morza Amundsena (ASE) i przez to zasłużyły na wiele uwagi ze względu na ich możliwość gwałtownej destabilizacji prowadzącej już w niedalekiej przyszłości do wkładu w znaczny wzrost poziomu morza.
Naukowcy zaobserwowali również duże znaczenie w destabilizacji regionu pod kątem mniejszych lodowców szelfowych, takich jak Dotson i Crosson oraz ich głównych dopływów – lodowców: Smith (SG – Smith Glacier), Pope (PG – Pope Glacier), Kohler (KG – Kohler Glacier) i Haynes (HG – Haynes Glacier).
—
Rys.4. Badany obszar szelfów lodowych Dotson i Crosson oraz ich lodowców dopływowych. a) Powtórzony tor lotu z kampanii Operation IceBridge (OIB) z 2002 i 2009 roku. Skala kolorów pokazuje zmiany wysokości dna lodu w miejscach przecięcia się niepowtarzalnych torów OIB w latach 2009-2014. W każdym miejscu przecięcia wysokość dna z poprzedniego roku jest odejmowana od wysokości z poprzedniego roku, stąd wartości dodatnie wskazują na utratę lodu z dna. Stwierdzone różnice są następnie uśredniane w całym przedziale czasu, aby ułatwić porównania. Niepewność waha się od ∼ 35 m rocznie dla przedziału 1 roku do ∼7 m rocznie przez okres 5 lat b) Obszar badań zlokalizowany na mapie regionu ASE przez biały prostokąt przedstawiający analizowane tutaj tory lotu kampanii OIB z 2002 i 2009 r. Oraz kampanię AGASEA z 2004 r. wzdłuż pnia lodowca Smitha-Kohlera c) Wskaźniki obniżenia powierzchni w latach 2003–2009. Autorzy wykorzystali pomiary ICESat-1 z niezbędnymi poprawkami, z ATM i innymi produktami danych zastosowanymi jako dodatkowe ograniczenia dla kształtu powierzchni i szeregów czasowych wysokości (Ala Khazendar i inni, 2016).
—
Obok gigantów lodowych Pine Island i Thwaites są też mniejsze, gdzie szybko cofa się linia gruntowania
Naukowcy napisali na wstępie swojej pracy:
Ze wszystkich lodowców szelfowych, Smith (SG) przeszedł najdalsze cofnięcie się linii gruntowania w rejonie 35 km w latach 1996-2011, Crosson wykazał największy średni ubytek grubości w latach 1994-2012, a naziemne powierzchnie lodu obniżyły się w tempie osiągającym 7 m rocznie w latach 2002–2010. Od połowy lat 90. do 2012 r. spływ lodu na Smith (SG) rósł szybciej niż na Pine Island (PIG) lub Thwaites (TG), ponieważ jego przepływ na linii gruntowania przyspieszył z 0,7 do 1,15 km rocznie. Prędkość przepływu Pope (PG) w tym samym okresie wzrosła z 0,55 do 0,75 km rocznie, a Kohlera (KG) z 0,8 do 1,1 km rocznie.
W tym przypadku używamy sondowania radarowego z powietrza do bezpośredniego pomiaru utraty lodu pod wodą w strefach gruntowania trzech głównych lodowców dopływowych Dotson i Crosson. Lotnicza operacja NASA IceBridge (OIB – Operation IceBridge) zbadała te obszary w 2009 r. wzdłuż trajektorii, która została po raz pierwszy przekroczona jako część wcześniejszej kampanii w 2002 r.
Zespół Ala Khazendara zauważył, że ubytek lodu w strefie gruntowania lodowca szelfowego Smith (SG) w latach 2002-2009 był mocno intensywny. Wyniósł on od 300 do 490 metrów. Czyli 40 do 70 m rocznie w zależności od lokalizacji.
Obliczanie transektu grubości lodu lodowca Smith zostało wzięte z danych z 2004 r. – z przeprowadzonej wówczas kampanii lotniczej – powietrznego badania geofizycznego Obszaru Zatokowego Amundsena (AGASEA – Airborne Geophysical Survey of the Amundsen Embayment), polegającego na pomiarach grubości lodu i wysokości lodowców od podłoża do powierzchni, dzięki zastosowaniu sondy radarowej Hi-Capability Radar (HiCARS). Niepewność pomiarów wysokości przy zastosowaniu HiCARS wyniosła 72 m.
W badanym okresie pomiary wysokości, powierzchni, dna i grubości lodowców szelfowych zostały przeprowadzone za pomocą sondy głębokościowej – wielokanałowego koherentnego radaru echosondy głębokościowej (MCoRDS – Multichannel Coherent Radar Depth Sounder).
W badaniach też został wykorzystany wysokościomierz laserowy – lotniczy topograficzny program do mapowania (ATM – Airborne Topographic Mapper) zamieszczony w samolocie w ramach kampanii, wspomnianej, OIB, który przelatywał nad badanymi lodowcami wcześniej w latach 2002, 2004 i 2008.
Lokalizacje linii gruntowych w latach 1996 i 2011 zostały znalezione poprzez zastosowanie interferometrii radarowej z syntetyczną aperturą różnicową pozyskanych danych z satelitów teledetekcyjnych Ziemi (ERS – Earth Remote Sensing) – ERS-1 i ERS-2. Linie gruntowania z 2014 r. zostały podobnie znalezione na podstawie danych satelity Sentinel-1. Szacowana dokładność przestrzenna lokalizacji linii gruntowania wynosi ± 100 m.
–
Autonomiczny pojazd podwodny „Ran”, jako pierwszy, odkrył kanały ciepłych wód głębinowych wnikających pod podstawę lodowca szelfowego Thwaites
Od kilku lat trwają badania Antarktydy Zachodniej mocno skoncentrowane na dokładniejszym zbadaniu dna lodowców szelfowych, gdzie w coraz bardziej niepokojący sposób przenikają ciepłe wody oceaniczne, które roztapiają lód, tworząc specyficzne wnęki i jamy lodowe. Szczególne duże zaniepokojenie wzbudza jeden z dwóch największych lodowców szelfowych Antarktydy Zachodniej, którym jest Thwaites. Jego rozpad w niecce kontynentalnej może przyczynić się do powstania znacznie przyspieszonego wzrostu poziomu morza, co może to mieć wiele poważnych konsekwencji, prowadzących do groźnych podtopień na wielu wybrzeżach świata, które są nisko położone nad poziomem morza.
Naukowcy z Międzynarodowej Współpracy nad Lodowcem Thwaites (ITGC – International Thwaites Glacier Collaboration), której główną koordynatorką była Anna Wåhlin, profesor oceanografii na Uniwersytecie w Gothenburgu, w 2019 roku omówili dokładną analizę batygraficzną podłoża lodowca Thwaites za pomocą autonomicznego pojazdu podwodnego (AUV – Autonomous Underwater Vehicle), nazwanego „Ran” (od imienia nordyckiej bogini morza), który wykonał pomiary mocy, temperatury, zasolenia i zawartości tlenu w prądach oceanicznych. 5
Fot. Szwedzki autonomiczny pojazd podwodny „Ran”. Pojazd ten specjalizuje się w wysokiej jakości mapowaniu batymetrycznym. Źródło zdjęcia Filip Sted/CC BY-SA 4.0 (Uniwersytet w Göteborgu).
Szczegóły tej pracy pokazały obraz ścieżek ciepłych wód głębinowych, które wypływają z Zatoki Pine Island lodowca szelfowego Pine Island. Następnie przepływają przez obszar wodny omijając grzbiet podwodny, który dotąd uważano że skutecznie blokuje napływ ciepłych wód głębinowych. Okazało się jednak, że nie. Wnikają one do wnęki pod spód lodowca Thwaites ze wschodniej odnogi, tam gdzie znajduje się połączenie od strony Zatoki Pine Island. Ciepłe wody głębinowe wnikając coraz intensywniej i w coraz większej ilości we wnękę wspomnianego szelfu uszkadzają jego punkty zakotwiczenia, w których lód przestaje być stabilny z dnem morskim.
Grupa badawcza zmierzyła również transport ciepła w jednym z trzech kanałów, które prowadzą ciepłą wodę w kierunku lodowca Thwaites z północy.
Rys.1. Sugerowane ścieżki i obszar mieszania wody pod jęzorem lodowym Thwaites i wschodnim szelfem lodowym, wywnioskowane z przedstawionych danych. Czerwona strzałka wskazuje główną ścieżkę ciepłej słonej wody, niebieska strzałka wskazuje odpływ słodkiej wody z roztopów, a czerwona przerywana strzałka wskazuje możliwy dopływ ciepłej słonej wody poniżej zakresu akustycznego profilera prądu Dopplera (ADCP – acoustic Doppler current profiler) na statku. Niebieskie cieniowanie pokazuje batymetryczne rynny, a fioletowe linie wskazują strefy gruntowania. Dwie strzałki z Zatoki Pine Island wskazują, że na podstawie obecnego zbioru danych nie jest możliwe zidentyfikowanie, która część tego regionu jest źródłem głębokiej wody. Źródło: Anna Wåhlin et al., 2021/CC BY 4.0
Dr Alastair Graham z Uniwersytetu Południowej Florydy w serwisie Science Daily powiedział 2:
Kanały dostępu ciepłej wody atakującej Thwaites nie były nam znane przed badaniami. Używając sonarów na statku o bardzo wysokiej rozdzielczości oraz posługując się robotem Ran , byliśmy w stanie odkryć, że istnieją wyraźne ścieżki, którymi woda wpływa i wypływa z wnęki szelfu lodowego, na które wpływa geometria dna oceanu.
Naukowcy też dostrzegli różnice w zasoleniu, natlenieniu i temperaturze pomiędzy wodami w aktywnym obszarze gromadzenia się ich we wnęce pod spodem lodowca Thwaites.
Dr Rob Larter, geofizyk z Brytyjskich Badań Antarktyki (British Antarctic Survey), będący głównym badaczem projektu THOR w ITGC, i który wziął udział w rejsie w 2019 roku, powiedział następująco:
W tej pracy podkreślono, że to, jak i gdzie ciepła woda wpływa pod lodowiec Thwaites, zależy od kształtu dna morskiego i podstawy szelfu lodowego, a także od właściwości samej wody.
–
Na podstawie map batygraficznych naukowcy odkrywają ścieżki przenikania wód głębinowych pod spód szelfów lodowych
Dzięki śledzeniu przez naukowców z ITGC robota podwodnego Ran, udało się im sporządzić dokładne mapy batygraficzne, w których kluczowe jest dowiedzenie się jakimi ścieżkami zmierzają coraz cieplejsze wody głębinowe pod spód lodowców szelfowych, w tym bardzo niestabilnego Thwaites.
Profesor Karen Heywood z Uniwersytetu Wschodniej Anglii (University of East Anglia), która była główną badaczką projektu TARSAN z ITGC, w Science Daily stwierdziła:
To była pierwsza wyprawa Ran w rejony polarne, a jej eksploracja wód pod lodowym szelfem była o wiele bardziej udana, niż mogliśmy mieć nadzieję. Planujemy wykorzystać te ekscytujące odkrycia w kolejnych misjach pod lodem w przyszłym roku.
Profesor Anna Wåhlin dodała w tym samym serwisie, podsumowując przeprowadzone prace w rejonie Antarktydy Zachodniej niedaleko lodowca szelfowego Thwaites:
Dobra wiadomość jest taka, że po raz pierwszy zbieramy teraz dane, które umożliwią nam modelowanie dynamiki lodowca Thwaites. Te dane pomogą nam lepiej obliczyć topnienie lodu w przyszłości. Dzięki nowej technologii możemy ulepszyć modele i zmniejszyć wielką niepewność, która obecnie panuje wokół zmian poziomu mórz na świecie
Badanie batymetrii wybrzeża zostało zastosowane przy użyciu echosondy wielozowiązkowej. Ogólnie potwierdziło ono obecność kanałów, które prowadzą w kierunku szelfu lodowego po obu stronach języka szelfu lodowego Thwaites. Te kanały są znacznie głębsze niż przewidywały to wcześniej modele grawitacyjne. O co najmniej 100-300 metrów.
–
Nawet najłagodniejszy scenariusz emisji gazów cieplarnianych nie uchroni nas ludzi od zawalenia się lodowców szelfowych. I to być może jeszcze w XXI wieku
Czas nieustannego emitowania gazów cieplarnianych wpływa na niekorzyść ludzkości. W szczególności dotyczy to mieszkańców regionów graniczących bezpośrednio z oceanami i morzami.
Według jednego z badań z 2023 r. nawet znaczne redukcje emisji już nie złagodzą tego co ma nadejść, czyli prawdopodobnego zawalenia się lodowców szelfowych na Antarktydzie Zachodniej. Naukowcy od dawna wiedzą, że całkowity kolaps wszystkich, łącznie z ich stopnieniem, podniosłoby poziom wszechoceanu o ponad 5,3 metrów. Mowa tu oczywiście o najbardziej newralgicznym rejonie Antarktydy – części zachodniej, która jest znacznie mniejsza i niższa od wschodniej, będącej na razie bardziej odporną.
Brytyjscy naukowcy: Kaitlin A. Naughten i Paul R. Holland z British Antarctic Survey, Cambridge, oraz Jan de Rydt z Uniwersytetu Northumbria, Newcastle upon Tyne, w swojej pracy wykorzystali regionalny model klimatyczny CESM1 (w interakcji lód – ocean), za pomocą którego stwierdzili, że ocieplenie oceanów będzie coraz mocniej wzrastać. I może być ono nawet około trzykrotnie szybsze niż w czasach historycznych.
W symulacjach wzięto pod uwagę pięć scenariuszy emisji. Jeden historyczny i cztery przyszłościowe.
- paryski 1,5 °C (2006–2100)
- paryski 2 °C (2006–2100)
stabilizujące globalną średnią zmianę temperatury na powyższych progach w stosunku do warunków przedindustrialnych, zgodnie z celami Porozumienia paryskiego.
- RCP 4.5 (2006–2080)
- RCP 8.5 (2006–2100)
scenariusze na podstawie reprezentatywnymi ścieżek koncentracji (RCP) dla przyszłego wymuszania antropogenicznego z założeniem odpowiednio średnich i wysokich emisji gazów cieplarnianych ze spalania paliw kopalnych.
Brytyjscy badacze podkreślają, że spośród przyszłościowych scenariuszy emisji paryski 1,5 °C i RCP 8.5 są nierealne. W pierwszy przypadku, ponieważ ten próg jednak nasza cywilizacja przemysłowa przekroczy. A w drugim przypadku, gdyż po prostu zabraknie nam szybciej paliw kopalnych.
Ale symulacja komputerowa pokazała jeszcze coś niemiłego. Nawet najłagodniejszy scenariusz emisji nie zapobiegnie zawaleniu się niestety lodowców szelfowych i gwałtownemu podniesieniu się poziomu wszechoceanu.
Zmniejszenie emisji prawdopodobnie miałoby pozytywny wpływ po 2100 roku. Wcześniej łagodzenie emisji może pomóc zapobiec najgorszemu scenariuszowi [topnienia], ale dalsze redukcje mają znikomy wpływ. Ocieplenie oceanów i topnienie szelfu lodowego nie są zbyt wrażliwe na scenariusz emisji – powiedziała w serwisie State of the Planet Kaitlin Naughten , główna autorka i modelarka oceanów w British Antarctic Survey.
Fot. Lodowiec szelfowy Getza, jeden z gigantycznych lodowców szelfowych Antarktydy Zachodniej, na południu Morza Amundsena. Źródło : Stuart Rankin/NASA Operation IceBridge/Flickr./CC BY-SA 4.0
Rys. Ilustracja przedstawia region Morza Amundsena w zachodniej Antarktydzie oraz główne lodowce szelfowe tego obszaru. Położenie analizowanego regionu zaznaczono na mapie Antarktydy, natomiast główna część ilustracji pokazuje obszar w projekcji geograficznej. Na rysunku zaprezentowano trendy temperatury wody oceanicznej, uśrednione w warstwie 200–700 m głębokości, obliczone dla każdego punktu na podstawie rocznych średnich z lat 2006–2100. Białe obszary oznaczają brak statystycznie istotnego trendu. Czarna linia przerywana wyznacza kontur głębokości 1750 m, odpowiadający przerwaniu szelfu kontynentalnego, a niebieska linia przerywana wskazuje zakres szelfu kontynentalnego użyty w analizie. Na mapie oznaczono lodowce szelfowe: Getz (G), Dotson (D), Crosson (Cr), Thwaites (T), Pine Island (P), Cosgrove (Co) i Abbot (A). Rysunek pokazuje, że obszary ocieplenia wód na szelfie kontynentalnym przestrzennie pokrywają się z rejonami podlodowcowymi tych szelfów, co ma kluczowe znaczenie dla nasilenia topnienia od spodu. Źródło: Kaitlin A. Naughten et al./CC BY 4.0
Naukowcy podkreślają, że ocieplenie oceanów jest napędzane przede wszystkim dzięki przyspieszeniu Prądu Podwodnego Amundsena. Prądu w Morzu Amundsena, który transportuje tam cieplejsze masy wodne pod szelf kontynentalny zbadanych lodowców. Najgorsze w tym wszystkim jest to, że coraz silniej destabilizują się szelfy i lód z kontynentu coraz silniej spływa w strumieniach lodowych do oceanu.
– W naszym badaniu wykorzystaliśmy tylko jeden model. W klimatologii lubimy korzystać z wielu modeli, kiedy tylko jest to możliwe, aby lepiej zrozumieć niepewność, ale wymaga to dużo czasu, personelu i zasobów – wyjaśniła Kaitlin Naughten. – Mamy nadzieję, że w przyszłości więcej grup modelujących przeprowadzi podobne eksperymenty, abyśmy mieli z czym porównywać”.
Żelazo z gór lodowych nie jest „lubiane” przez glony, tak te w pyle piaskowym
Dotychczas wiele badań wskazywało, że każda zawartość żelaza w oceanie sprzyjała namnażaniu się glonów i znaczącej absorpcji dwutlenku węgla. Okazuje się, że to nie jest do końca prawda. Przynajmniej tak się nie dzieje w Antarktyce, gdzie topnienie lodu na niej doprowadza do coraz większego wytwarzania się gór lodowych.
W 2025 r. Torben Struve z Instytutu Chemii i Biologii Środowiska Morskiego (ICBM) na Uniwersytecie Carla von Ossietzky’ego w Oldenburgu (Niemcy) wraz ze swoimi współpracownikami odkrył, że zaburzający proces nawożenia żelaza w obszarze polarnym Antarktyki nie doprowadza do pochłaniania dużych ilości dwutlenku węgla przez Ocean Południowy.
Dowodem na to są rdzenie osadowe, który zostały pobrane w 2001 r. z sektora Pacyfiku na Oceanie Południowym. Rdzenie te zawierały duże ilości tego żelaza, ale to – wbrew niedawnym tezom – nie prowadzi wcale do tego, by ten pierwiastek chemiczny, gdy pochodził z gór lodowych, był mocno preferowany jak ten, który jest zawarty w pyle piaskowym. Na przykład z obszarów suchych i półsuchych w Australii/Nowej Zelandii i Ameryce Południowej.
Ogólnie mówiąc, silnie zwietrzała forma żelaza z rdzenia osadowego uległa w ciągu tysięcy lat rozległym przemianom chemicznym. Dlatego też nie jest ono preferowane przez glony.
– To przypomina nam, że zdolność oceanów do pochłaniania dwutlenku węgla nie jest stała – mówi współautorka Gisela Winckler, profesor w Columbia Climate School i geochemik w Lamont-Doherty Earth Observatory.
Torben Struve zauważył, że pod koniec ostatniego zlodowacenia ok. 130 tysięcy lat temu do Oceanu Południowego wpadała ogromna ilość gór lodowych, co tylko przyśpieszało potencjalnie ocieplenie, gdyż wtedy żelazo nie było wręcz „konsumowane” przez glony i absorpcja CO2 w Oceanie Południowym radykalnie się zmniejszyła. I na odwrót, gdy przez silne wiatry więcej pyłów z ogromną ilością żelaza z kontynentów było nawiewane nad Ocean Południowy, to glony masowo go pobierały i przy okazji w ogromnych ilościach pochłaniały dwutlenek węgla. Dzięki czemu klimat się ochładzał i zwiastował nadejście kolejnej epoki lodowej, tak jak ok. 115 tys. lat temu.
– Liczy się nie tylko to, ile żelaza dostaje się do oceanu, ale także forma chemiczna, jaką przyjmuje – mówi Gisela Winckler. – Te wyniki pokazują, że żelazo dostarczane przez góry lodowe może być znacznie mniej biodostępne, niż wcześniej zakładano, co fundamentalnie zmienia nasze podejście do absorpcji węgla w Oceanie Południowym.
– Na podstawie tego, co wiemy do tej pory, nie jest prawdopodobne, aby pokrywa lodowa załamała się w najbliższej przyszłości, ale widzimy, że lód w tym miejscu już się przerzedza – mówi Torben Struve.
Rys. Mapa Oceanu Południowego. Białe strzałki wskazują dryf gór lodowych. Brązowe pióropusze i strzałki wskazują główne trajektorie wprowadzania pyłu. Kluczowe lokalizacje uwzględnione na rys. 2 i 3 są następujące: rdzeń lodowy Antarktydy EPICA Dome C (EDC) – stanowiska PS58/254, PS58/266, PS75/056, PS75/059 i PS75/072 na południowym Pacyfiku oraz stanowisko 1090 i stanowisko 1094 Programu Wiercenia Oceanu Atlantyckiego (ODP). Fronty Oceanu Południowego pochodzą z ref. STF, Front Subtropikalny; SAF, Front Subantarktyczny; APF, Front Polarny Antarktydy; SACC, Front Prądu Okołobiegunowego Antarktydy Południowej; SAZ – strefa subantarktyczna; PFZ – strefa frontu polarnego; AZ – strefa antarktyczna; RS – Morze Rossa; WS – Morze Weddella; AS – Morze Amundsena; BS – Morze Bellingshausena; PIB – Zatoka Pine Island; MBL – Ziemia Marii Byrd. Linie podziału lodowego Antarktydy są pokazane jako szare linie, a linie graniczne pokrywy lodowej i szelfu – jako czarne linie. Mapa bazowa utworzona za pomocą Ocean Data View. Źródło: Torben Struve et al./CC BY 4.0
Naukowcy zauważają, że dalsze ocieplanie się klimatu będzie prowadzić do coraz częstszego powstawania gór lodowych w oceanie, które kryją w sobie wiele osadów lodowych z zawartością żelaza. Niestety nawożenie tego typu zwietrzałą formą żelaza nie nakłoni glony, by je intensywnie pobierały, po to by się namnażały i szeroko pochłaniały dwutlenek węgla. Mało tego, ostrzegają, że dalszy potencjalny wzrost temperatury globalnej sprzyjać będzie tylko wzmacniać takie dodatnie sprzężenie zwrotne.
Metodologia – wydobywanie rdzeni osadowych
Naukowcy podczas ekspedycji RV Polarstern w 2001 r. wydobyli z wody o głębokości 4981 m rdzenie osadowe PS58/270-1 i PS58/270-5, położone na 62,028° S i 116,123° W na południowym Pacyfiku (rys. 1).
Parametry osadu objętościowego określono w Instytucie Alfreda Wegenera w Bremerhaven przy użyciu standardowych procedur przedstawiono je z korektą na zawartość soli w wodzie porowej.
Ponadto badacze w swojej pracy wykorzystali znaczniki sedymentologiczne i geochemiczne (in. ołów (Pb), uran (U), tor (Th) w celu zbadania dopływu żelaza i wychwytu węgla w największym sektorze strefy antarktycznej Oceanu Południowego.
—
Referencje:
- Pollard D. et al., 2015 ; Potential Antarctic Ice Sheet retreat driven by hydrofracturing and ice cliff failure ; Earth and Planetary Science Letters ; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012821X14007961
- Sutterley T. C. et al., 2014 ; Mass loss of the Amundsen Sea Embayment of West Antarctica from four independent techniques ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2014GL061940
- University of California – Irvine, 2014 ; West Antarctic melt rate has tripled in last decade ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2014/12/141202183313.htm
- Khazendar A. et al., 2016 ; Rapid submarine ice melting in the grounding zones of ice shelves in West Antarctica ; Nature Communications ; https://www.nature.com/articles/ncomms13243
- Sierpińska A., 2017 ; Ciepły ocean i wrażliwe lodowce ; Nauka o klimacie ; https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/cieply-ocean-i-wrazliwe-lodowce-222/
- Wåhlin A. et al., 2021 ; Pathways and modification of warm water flowing beneath Thwaites Ice Shelf, West Antarctica ; Science Advances ; https://www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abd7254
- University of Göteborg, 2021 ; Disturbing currents: warm water flowing under the „glacier of the Holocaust” ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2021/04/210409145854.htm
- Naughten K. A. et al., 2023 ; Unavoidable future increase in West Antarctic ice-shelf melting over the twenty-first century ; Nature Climate Change ; https://www.nature.com/articles/s41558-023-01818-x
- Roberts L., 2024 ; Increase in West Antarctic Ice Sheet elting Inevitable in 21st Century. State of the Planet ; https://news.climate.columbia.edu/2024/01/26/increase-in-west-antarctic-ice-sheet-melting-inevitable-in-21st-century/
- Struve T., 2026 ; South Pacific carbon uptake controlled by West Antarctic Ice Sheet dynamics ; Nature Geoscience ; https://www.nature.com/articles/s41561-025-01911-0
- Columbia Climate School, 2026 ; Melting Antarctic ice may weaken a major carbon sink ; Science Daily ; https://www.sciencedaily.com/releases/2026/02/260204042457.htm