Lód morski, zarówno w Arktyce, jak i w Antarktyce, topnieje nie tylko w stosunku do powierzchni – czyli jego zasięgu geograficznego, ale i również w stosunku do jego objętości i grubości.
Polarne Centrum Naukowe (Polar Science Center) zajmuje się systematycznymi badaniami objętości i grubości lodu. W ramach jego działalności tworzy się reanalizy objętości lodu Morza Arktycznego za pomocą Panarktycznego Systemu Modelowania i Asymilacji Lodu Oceanicznego (PIOMAS – Pan-Arctic Ice Ocean Modeling and Assimilation System) oraz gromadzi się pomiary grubości lodu, za pomocą pobierania i mierzenia rdzeni lodowych bądź za pomocą metod satelitarnych. Pomiary w zanurzeniu pod wodą dokonuje się przy użyciu sonarów podwodnych lub systemów radarowych.
Ron Kwok – naukowiec NASA z Jet Propulsion Laboratory w Pasadenie w Kalifornii – dokonał oceny badań w ostatnich 60 latach (1958–2018) wielkoskalowych zmian grubości, objętości lodu morskiego oraz stopień pokrycia wieloletniego lodu (MYI – Multi-Year Ice) 12.
Na podstawie dostępnych pomiarów z sonarów podwodnych, wysokościomierzy satelitarnych (ICESat i CryoSat-2) oraz skaterometrów satelitarnych, naukowiec stwierdził, że od 1958 r. pokrywa lodowa Oceanu Arktycznego systematycznie przekształca się z wieloletniego, grubszego, starszego lodu na roczny, cieńszy, młodszy. Ale obecnie przy tak niewielkiej ilości wieloletniego lodu tempo zmniejszania się jego grubości wyraźnie uległo spowolnieniu. A świeży, młodszy lód rośnie szybciej, chociaż jest bardziej narażony na oddziaływanie silnie wiejących wiatrów. Więc, zdaniem badacza, jego grubość jest teraz bardziej zmienna niż zdominowana przez efekt globalnego ocieplenia.
—
Fot. Satelita ICESat na orbicie (Wikipedia)
—
Rys. Satelita CryoSat-2 należący do ESA mierzy lód morski w regionach polarnych (Źródło: British Antarctic Survey).
—
W ujęciu regionalnym już w 1999 roku D. A. Rothrock, wraz ze swoimi współpracownikami z Uniwersytetu Waszyngtońskiego w Seattle, zidentyfikował 29 miejsc, w których wcześniejsze tory okrętów podwodnych albo krzyżują się, albo są blisko równoległe do torów rejsowych z lat 90 XX wieku. Na tych skrzyżowaniach oszacowali błędy pomiarowe na 0,3 m.
29 tych lokalizacji jest następnie przypisanych do jednego z sześciu regionów: Przylądek Czukocki, Morze Beauforta, Basen Kanady, Biegun Północny, Basen Nansena i Arktyka Wschodnia.
Aby porównać satelitarne dane, dotyczące grubości lodu z satelitów: ICESat i CryoSat-2, z danymi dotyczącymi łodzi podwodnych, w 29 lokalizacjach średnie grubości próbek były pobrane z miesięcznych pól satelitarnych i skorygowane sezonowo do 15 września przy użyciu modelowanego cyklu rocznego.
Zmiany grubości lodu przedstawiają średnie regionalne grubości lodu morskiego w Arktyce z czterech okresów:
- analiza regresji okrętów podwodnych (1958-1976)
- analiza regresji okrętów podwodnych (1993-1997)
- badania lidarowe satelity ICESat (2003-2007)
- badania lidarowe satelity CryoSat-2 (2011-2018)
—
Film: Objętości minimalne morskiego arktycznego lodu (1979-2021)
—
W zapisach okrętów podwodnych (pierwsze dwa okresy), oddzielonych o około 28 lat, średnia grubość lodu zmniejszyła się o 1,4 m (lub 46%), z 3,0 do 1,6 m w większości głębokowodnej części Oceanu Arktycznego. Spadki są większe w środkowej Arktyce (basen Kanady, biegun północny i basen Nansena) i wschodniej Arktyce niż w morzach Beauforta i Czukockiego.
Dane ICESat i CryoSat-2 pokazują dalsze spadki grubości, choć raczej mniejsze. W ciągu mniej więcej 10 lat, między okresem okrętów podwodnych po 1990 r. a okresem ICESat, średnia grubość zmniejszyła się o kolejne 0,2 m lub 12% grubości. W stosunku do okresu okrętów podwodnych sprzed 1990 r., między okresami satelitarnymi ICESat i CryoSat-2, trwającymi około 8 lat, średnia grubość zmniejszyła się o kolejne 0,4 m (do 1,0 m), Pod koniec sezonu topnienia średnia grubość w tych rejonach zmniejszyła się o 2,0 m lub około 66% w ciągu sześciu dekad.
Całkowite przerzedzenie, od maksymalnej grubości 3,64 m w 1980 roku w wynikach analizy regresji łodzi podwodnej, nie zmieniło się istotnie w okresie zimowym (luty–marzec). Średnia grubość lodu jest teraz bliska 2 m. Z kolei w okresie jesiennym (październik-listopad) prawdopodobnie średnia grubość lodu wzrosła z mniej niż 1 m, po zakończeniu lata 2007 roku. Jednak największy kontrast w zapisie miał miejsce między grubością lodu w latach 80 XX wieku a połową drugiej dekady XXI wieku.
We wcześniejszych latach przerzedzenie lodu było niezwykłe, ponieważ miało miejsce, gdy większa część Oceanu Arktycznego była pokryta wieloletnim lodem morskim (MYI – Multi-Year Ice). W porównaniu z późniejszymi zapisami satelitów ICESat i CryoSat-2 wszystko na to wskazuje, że zmiany w przerzedzeniu będą mniejsze wraz ze zwiększaniem się pokrycia cieńszego lodu sezonowego. Tak wskazują wyniki badań Kwoka w obszarach objętych badaniami (29 lokalizacji w 6 regionach Arktyki).
—
Badania dwóch satelitów: ICESat (2003-2008) i CryoSat-2 (2011-2018), pokazane na rysunku poniżej, pokazały następujące spadki średniej objętości lodu morskiego w okresach pór roku:
- okres jesienny (październik-listopad) – o 287 km3/rok
- okres zimowy (luty-marzec) – o 513 km3/rok
—
Referencje:
- Kwok R., 2018 ; Arctic sea ice thickness, volume, and multiyear ice coverage: losses and coupled variability (1958–2018) ; Environmental Research Letters ; https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/aae3ec
- Rothrock D. A. et al., 1999 ; Thinning of the Arctic sea-ice cover ; Geophysical Research Letters ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1029/1999gl010863