W wielu starszych artykułach naukowych czasopism i serwisów internetowych, zarówno zagranicznych, a zwłaszcza w polskich o Antarktyce, nie było zbyt wiele powiedziane o rzekach atmosferycznych. Jedno z ostatnich takich badań nad Antarktydą Zachodnią było przeprowadzane w maju 2016 roku. W najnowszym badaniu wiadomo, że z pojawieniem się rzek atmosferycznych mamy do czynienia gdzieś od około 2000 roku. Jednak wcześniej powierzchniowe topnienie lodu antarktycznego nie przebiegało tak szybko jak to widzimy od kilku lat, a zwłaszcza w tym roku (Willie i in. 2019)
Fot.1. Deszczowa pogoda i topnienie lodu morskiego na lądzie Adélie (tam gdzie żyją pingwiny Adélie) na Antarktydzie podczas przepływu atmosferycznej rzeki. Zdjęcie kredytowe: Bruno Jourdain
Wiadomo, że jest od co najmniej od pierwszej połowy XXI wieku omawiany w szerokim zakresie wpływ topnienia podstaw lodowców szelfowych na znacznej głębokości przez coraz cieplejsze głębinowe wody oceaniczne i morskie, które mają wpływ na to, że one cofają się ze stabilnej linii gruntowania na grzbietach podmorskich do niestabilnej niecki (zagłębienia) w kierunku bieguna południowego. A to powoduje, że na powierzchni i pod powierzchnią oceanu do nie tak dużej głębokości powstają tak zwane jęzory lodowe, daleko za linią gruntowania (która z kolei cofa się w stronę niecki) albo wprost topniejące w coraz cieplejszej wodzie oceanicznej, albo odrywające się w pływające bryły lodu swobodnie pływające w oceanie. Tak właśnie powstają góry lodowe bardzo niebezpieczne dla statków. To zjawisko grozi w szerokim zakresie destabilizacją i kolapsem lodowców szelfowych, które są coraz silniej naciskane przez masy lodowców kontynentalnych spływających w postaci lodowych rzek pod wpływem grawitacji z interioru kontynentu (kopuły lądolodu) w kierunku oceanu.
Fot.2. Zdjęcie satelitarne pokazuje lodowiec Byrd Antarktydy wpływający do szelfu lodowego Ross. Szelf lodowy kontynentu ma kluczowe znaczenie dla spowolnienia przepływu lodu lądowego do oceanu. Źródło: Jesse Allen / NASA
Przez ostatnie kilka lat mamy też do czynienia z występowaniem cieplejszego powietrza nad Półwyspem Antarktycznym i Antarktydą Zachodnią, a więc z większą ilością pary wodnej przynoszącej z sobą większe zachmurzenie i opady deszczu, zwłaszcza w sezonie letnim. Woda spadając na powierzchnię lodu, tworzy tam od niedawna, tak jak od dłuższego okresu czasu na Grenlandii, stawy, czyli zagłębienia w lodzie z wodą, która z czasem zamarza, gdy mija wiosna i lato, a zaczyna się jesień i zima. Tworzy też szczeliny, przez które wnika do podstaw lodowców szelfowych i działa tam jak smar, przyspieszając jeszcze bardziej spływ lodowców interioru w kierunku oceanu. Występuje wtedy tak zwane szczelinowanie hydrauliczne polegające na rozsadzaniu warstw lodu przez zamarzającą wodę, czyli rozpad klifów lodowych (Pollard i in. 2015). Mamy wtedy do czynienia z tak zwanym cieleniem się lodowców, czyli odrywaniem się pod wielkim ciśnieniem gigantycznych brył lodowych prosto do oceanu. Tak właśnie powstają również swobodnie pływające niebezpieczne dla statków góry lodowe. Oba zjawiska glacjologiczne oczywiście mają swój charakter naturalny i zawsze występowały, ale odkąd spalamy paliwa kopalne i wylesiamy Ziemię, czyli pompujemy duże ilości gazów cieplarnianych do atmosfery, to są one bardzo znacznie wzmocnione i przyspieszają wraz każdym wzrostem ułamka stopnia w skali globu. Jeśli nastąpi upadek wielu lodowców szelfowych, to spływ tego lodu znacznie przyspieszy przyczyniając się do znaczniejszego podniesienia się poziomu morza. Coraz wyższy wzrost temperatury tylko wzmocni ten proces destabilizacji Antarktydy Zachodniej.
Rys.1. Procent całkowitego topnienia spowodowanego atmosferycznymi rzekami latem na zachodniej Antarktydzie i półce lodowej Ross (lewy panel), a zimą na szelfach lodowych Półwyspu Antarktycznego (prawy panel). Rysunek zaczerpnięty z artykułu Nature Geoscience (Wille i in., 2019)
Powracając do tematyki rzek atmosferycznych. Są to rozległe, ciepłe i zarazem wilgotne masy powietrza przynoszące z sobą nad wieloma regionami geograficznymi na Ziemi bardzo obfite opady deszczu. Nad Antarktydą pojawiły się one spływając z południowego Pacyfiku, a dokładniej z obszarów tropikalnych, dzięki zmianom cyrkulacji atmosferycznych (wiatrowych) w coraz cieplejszej atmosferze. A także dzięki zmianom cyrkulacji oceanicznych (prądów morskich) w coraz cieplejszym Oceanie Południowym. Rzeki atmosferyczne o długości kilku tysięcy mil, szerokości 250-375 mil oraz grubości 1,8 mil, niosące z sobą tyle wody co 25 rzek Mississippi, coraz intensywniej zalegają nad wybrzeżami Antarktydy Zachodniej, w szczególności nad wybrzeżami Morza Amundsena, przynosząc z sobą bardzo duże opady.
Dotychczas naukowcy sądzili, że kontynent ten, zwłaszcza w zachodniej części, roztapia się głównie przez podmywanie przez coraz cieplejsze wody oceaniczne, a od góry proces ten zachodził wielokrotnie wolniej. Ostatnie jednak badanie wyraźnie wskazuje, że tak jak na Grenlandii również na Antarktydzie Zachodniej lód na powierzchni topnieje już nie tylko przez coraz cieplejsze powietrze atmosferyczne, ale i również przez bardzo ogromne ilości opadów deszczu. Woda opadając na powierzchnię lodu tworzy coraz więcej stawów i rzek lodowych oraz, jak już wspomniano wcześniej, wnika coraz intensywniej do podłoża lodowców szelfowych przyczyniając się do tego, że masy lodu z wnętrza kontynentów jeszcze silniej spływają w dół w kierunku oceanu, gdzie się cielą albo w postaci jęzorów lodowych topią się w coraz cieplejszej wodzie oceanicznej.
Rys.2. Zintegrowany transport pary wodnej w atmosferze rzeki spowodowany atmosferycznym wzorem blokowania. Rzeka przyczyniła się do topnienia na szelfach lodowych Półwyspu Antarktycznego w dniach 25-30 maja 2016 r. Purpurowe i niebieskie kontury pokazują zarys rzeki 25 maja 2016 r., Zidentyfikowany przez dwa różne algorytmy wykrywania. Czarne strzałki przedstawiają transport pary wodnej w rzece. Czarne kontury reprezentują wysokość geopotencjalną przy 500 hPa (w metrach). Duże pomarańczowe i jasnoniebieskie strzałki pokazują kierunek mas powietrza obracających się wokół cyklonu (L) i antycyklonu (H). Rysunek dostosowany z artykułu Nature Geoscience (Wille i in., 2019)
A jak przemieszczają się rzeki atmosferyczne nad lądolód Antarktydy Zachodniej? Otóż polarny prąd strumieniowy na półkuli południowej podobnie jak na północnej jest coraz wolniejszy i meandruje przynosząc z sobą z niższych szerokości geograficznych bardzo ciepłe i wilgotne masy powietrza (ciepły fenowy wiatr) wraz ze wspomnianymi rzekami atmosferycznymi. Temperatura wynosi wówczas, np. nad szelfem lodowym Ross, aż 10 stopni Celsjusza powyżej średniej. A więc, tam i na wielu innych wybrzeżach Antarktydy zachodniej na szelfach lodowych tworzą się coraz większe stawy i jeziora, które powodują zmniejszenie albedo na powierzchni, a więc, następuje większe pochłanianie energii słonecznej, która dodatkowo przyczynia się wraz z energią cieplną w podczerwieni, blokowaną przez ciemne chmury (element rzek atmosferycznych), do jeszcze większego ocieplenia Antarktyki Zachodniej i roztapiania lodu na niej. Mamy to do czynienia ze wzmocnionym dodatnim sprzężeniem zwrotnym. Szelfy lodowe dotychczas blokujące napływ mas lodowych rzek z interioru kontynentu zaczynają coraz intensywniej pękać niczym korki od szampana. Dlatego, że szczelinowanie hydrauliczne spowodowane przez wnikającą w głąb szelfów lodowych wodę coraz intensywniej pod wysokim ciśnieniem rozsadza je.
I jeszcze jeden ważny aspekt wpływu rzek atmosferycznych na topnienie lodu na Antarktyce Zachodniej. Powodują one zatrzymywanie się ciepła w postaci fal podczerwonych, które przez chmury lodowe są reemitowane (w tym w nocy) ku powierzchni lodowej Antarktyki przyczyniając się do jeszcze szybszego topnienia lodu i powstawania większej liczby rozległych stawów wodnych. I niestety tego procesu już nie zatrzymamy. Nawet gdybyśmy wyzerowali emisje gazów cieplarnianych będzie on postępować dalej, ale wówczas zmiany topnienia lodu w Antarktyce Zachodniej zachodziłyby znacznie wolniej.
https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/rozpad-ladolodu-antarktydy-zachodniej-nieunikniony-77
https://naukaoklimacie.pl/aktualnosci/rzeki-atmosferyczne-prawdziwe-oberwanie-chmury-350