Is Antarctica melting?

By Erik ConwayHistorian, NASA/Jet Propulsion Laboratory

Ostatnio dużo mówi się o Antarktydzie i o tym, czy gigantyczna powłoka lodowa kontynentu topnieje, czy nie. Jedna z nowych prac1, która stwierdza, że ostatnio topnienie powierzchni było mniejsze niż w latach ubiegłych, została zacytowana jako „dowód”, że nie ma globalnego ocieplenia. W ten sam sposób wykorzystuje się inne dowody na to, że ilość lodu morskiego wokół Antarktydy wydaje się nieznacznie wzrastać2-4. Jednak oba te punkty danych są mylące. Dane grawitacyjne zebrane z kosmosu za pomocą satelity NASA Grace pokazują, że Antarktyda traci ponad sto kilometrów sześciennych (24 mile sześcienne) lodu każdego roku od 2002 roku. Najnowsze dane ujawniają, że Antarktyda traci lód w coraz szybszym tempie. Jak to możliwe, że topnienie powierzchniowe maleje, a kontynent i tak traci masę? Odpowiedź sprowadza się do faktu, że lód może płynąć bez topnienia.

Dwie trzecie Antarktydy to wysoka, zimna pustynia. Znana jako Antarktyda Wschodnia, ta część ma średnią wysokość około 2 kilometrów (1.2 mil), wyższą niż amerykański Colorado Plateau. Pod całym tym lodem znajduje się kontynent wielkości Australii, a grubość pokrywy lodowej na jego szczycie wynosi średnio nieco ponad 2 kilometry (1,2 mili). Gdyby cały ten lód się stopił, podniósłby globalny poziom morza o około 60 metrów (197 stóp). Jednak nad Antarktydą Wschodnią występuje niewielkie, jeśli w ogóle, ocieplenie powierzchni. Radarowe i laserowe dane satelitarne pokazują niewielką utratę masy na krawędziach Antarktydy Wschodniej, która jest częściowo kompensowana przez akumulację śniegu w jej wnętrzu, chociaż najnowsze wyniki eksperymentu grawitacyjno-klimatycznego (Grace) prowadzonego przez NASA/Niemieckie Centrum Aeronautyki i Przestrzeni Kosmicznej sugerują, że od 2006 roku utrata lodu z Antarktydy Wschodniej jest większa niż wcześniej sądzono5. Ogólnie rzecz biorąc, niewiele dzieje się na Antarktydzie Wschodniej – jeszcze.

Zamarznięte Hawaje

Antarktyda Zachodnia jest zupełnie inna. Zamiast jednego kontynentu, jest to seria wysp pokrytych lodem – pomyśl o niej jak o zamarzniętych Hawajach, z pingwinami. Ponieważ jest to grupa wysp, duża część Arkusza Lodowego Zachodniej Antarktydy (WAIS, w żargonie) w rzeczywistości siedzi na dnie Oceanu Południowego, a nie na suchym lądzie. Jego części znajdują się ponad 1,7 kilometra (1 mila) poniżej poziomu morza. Pine Island jest największą z tych wysp, a największy strumień lodu w Antarktyce Zachodniej nosi nazwę Lodowiec Pine Island. Gdyby WAIS roztopił się całkowicie, podniósłby poziom morza o 5 do 7 metrów (16 do 23 stóp). A Pine Island Glacier przyczyniłby się do tego w około 10 procentach.

Od wczesnych lat 90-tych, europejskie i kanadyjskie satelity zbierają dane radarowe z Zachodniej Antarktydy. Te dane radarowe mogą ujawnić ruch lodu i pod koniec lat 90-tych, było wystarczająco dużo danych dla naukowców, aby zmierzyć roczny ruch lodowca Pine Island. Korzystając z danych radarowych zebranych w latach 1992-1996, oceanograf Eric Rignot, pracujący w Laboratorium Napędu Odrzutowego NASA, stwierdził, że „linia uziemienia” lodowca Pine Island – linia łącząca część pływającą lodowca z częścią lodowca, która spoczywa na dnie morza – cofnęła się gwałtownie w kierunku lądu. Oznaczało to, że lodowiec traci masę. Cofanie się przypisał ociepleniu wód wokół Antarktydy Zachodniej6. Ale mając tylko kilka lat danych, nie mógł stwierdzić, czy cofanie się było tymczasową, naturalną anomalią, czy też długoterminowym trendem wynikającym z globalnego ocieplenia.

Praca Rignota zaskoczyła wielu ludzi. Naukowiec z JPL Ron Kwok uznał ją za dowód na to, że „stary pogląd, że lodowce poruszają się naprawdę powoli, nie jest już prawdziwy”. Jednym z rezultatów było to, że dużo więcej ludzi zaczęło używać danych radarowych do badania większej części Antarktydy. Duży przegląd opublikowany w 2009 roku wykazał, że odkrycie Rignota dotyczące lodowca Pine Island Glacier nie było przypadkowe7: znaczna większość lodowców morskich Półwyspu Antarktycznego cofała się, a ich cofanie się przyspieszało. Ostatniego lata brytyjska grupa ponownie przeanalizowała odkrycie dotyczące lodowca Pine Island i stwierdziła, że tempo jego cofania się zwiększyło się czterokrotnie w latach 1995-20068.

Jak kruszy się szelf lodowyOdwrót lodowców Zachodniej Antarktydy jest przyspieszany przez upadek szelfu lodowego. Szelfy lodowe to część lodowca, która rozciąga się poza linię uziemienia w kierunku oceanu; są one najbardziej narażone na ocieplenie mórz. Od dawna znana teoria glacjologiczna głosi, że szelfy lodowe mają tendencję do wzmacniania (podpierania końcowej ściany) lodowców, a ich masa spowalnia ruch lodu w kierunku morza. Zostało to potwierdzone przez spektakularne załamanie się szelfu Larsen B o rozmiarach Rhode Island wzdłuż wschodniej krawędzi Półwyspu Antarktycznego w 2002 roku. Rozpad, który został zarejestrowany przez aparaturę NASA Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer (MODIS) na pokładzie satelitów Terra i Aqua, był dramatyczny: wystarczyły trzy tygodnie, by skruszyć liczący sobie 12 000 lat szelf lodowy. W ciągu następnych kilku lat satelitarne dane radarowe wykazały, że niektóre ze strumieni lodowych płynących za Larsenem B znacznie przyspieszyły, podczas gdy inne, wciąż podtrzymywane przez mniejsze szelfy lodowe, nie9. Ten dynamiczny proces spływania lodu do morza jest tym, co pozwala Antarktydzie kontynuować utratę masy, nawet gdy topnienie powierzchniowe maleje.

Michael Schodlok, naukowiec z JPL, który modeluje sposób, w jaki półki lodowe i ocean oddziałują na siebie, mówi, że topnienie spodniej części szelfu jest warunkiem wstępnym tych załamań. Rozrzedzenie szelfu lodowego zmniejsza jego efekt przypierania lodowca znajdującego się za nim, co pozwala na przyspieszenie przepływu lodowca. Cieńszy szelf jest również bardziej podatny na pękanie. Latem woda z topniejących stawów na powierzchni może spływać do pęknięć. Ponieważ ciekła woda jest gęstsza od stałego lodu, wystarczająca ilość wody roztopowej na powierzchni może otworzyć pęknięcia głębiej w lodzie, prowadząc do rozpadu szelfu. Oceany otaczające Antarktydę ocieplają się10, więc Schodlok nie wątpi, że szelfy lodowe są podważane przez cieplejszą wodę wydobywaną z głębin. Przyznaje jednak, że nie zostało to jeszcze rygorystycznie udowodnione, ponieważ satelity nie mogą dokonywać pomiarów pod lodem.

Glacjolog Robert Bindschadler z Centrum Lotów Kosmicznych Goddarda NASA zamierza właśnie to pokazać. Kieruje on ekspedycją, która ma się rozpocząć w 2011 roku, w celu przewiercenia się przez lodowiec Pine Island i umieszczenia automatycznej boi w wodzie pod nim. Według Bindschadlera, lodowiec Pine Island „jest miejscem, do którego należy się udać, ponieważ właśnie tam zmiany są największe. Jeśli chcemy zrozumieć, jak ocean wpływa na pokrywę lodową, należy udać się tam, gdzie uderza on w pokrywę lodową młotem kowalskim, a nie małym młotkiem ciesielskim.”

W międzyczasie pomiary z satelitów Grace potwierdzają, że Antarktyda traci masę (Rysunek 1)11. Isabella Velicogna z JPL i Uniwersytetu Kalifornijskiego w Irvine wykorzystuje dane z satelitów Grace do ważenia pokrywy lodowej Antarktydy z przestrzeni kosmicznej. Jej praca pokazuje, że pokrywa lodowa nie tylko traci masę, ale traci ją w coraz szybszym tempie. „Ważną informacją jest to, że nie jest to trend liniowy. Trend liniowy oznacza, że co roku mamy do czynienia z taką samą utratą masy. Fakt, że jest on ponad liniowy, jest ważną ideą, że utrata lodu rośnie z czasem” – mówi. Zaznacza, że nie tylko dane z Grace pokazują przyspieszenie utraty lodu, ale również dane radarowe. „To nie jest tylko jeden rodzaj pomiaru. To seria niezależnych pomiarów, które dają takie same wyniki, co czyni je bardziej solidnymi.”

1 Marco Tedesco i Andrew J. Monaghan, „An updated Antarctic melt record through 2009 and its linkages to high-latitude and tropical climate variability,” Geophys. Res. Lett. 36, L18502 (2009).

2 http://arctic.atmos.uiuc.edu/cryosphere/ IMAGES/ current.anom.south.jpg

3http://www.sciencedaily.com/releases/ 2009/ 04/090421101629.htm

4http://nsidc.org/seaice/characteristics/ difference.html

5 J. L. Chen et al., „Accelerated Antarctic ice loss from satellite gravity measurements,” Nat. Geosci. 2, 859-862 (2009).

6 E.J. Rignot, „Fast Recession of a West Antarctic Glacier, Science 281, 549-551 (1998).

7P.A. Mayewski, et.al., „State of the Antarctic and Southern Ocean Climate System,” Rev. Geophys. 47, 1-38 (2009).

8 D. J. Wingham et.al., „Spatial and Temporal Evolution of Pine Island Glacier thinning, 1995-2006,” Geophys. Res.Lett. 36, L17501 (2009).

9 E. Rignot et.al., „Accelerated ice discharge from the Antarctic Peninsula following the collapse of Larsen B ice shelf,” Geophys. Res. Lett. 31, L18401 (2004).

10R. M. Robertson et al., „Long term term trends in the deep waters of the Weddell Sea”, Deep Sea Research 49, 21, 4791-4806 (2002); http://condor.pems.adfa.edu.au/FD-Course/webpage/longterm.pdf.

11Isabella Velicogna, „Increasing rates of ice mass loss from the Greenland and Antarctic ice sheets revealed by GRACE,” Geophys. Res. Lett. 36, L19503 (2009).

12 J. H. Mercer, „West Antarctic ice Sheet and CO2 Greenhouse Effect-Threat of Disaster,” Nature 271 (5643), 321-325 (1978).

13 R. Kwok & D.A. Rothrock, „Decline in Arctic sea ice thickness from submarine and ICESat records: 1958 – 2008,” Geophys. Res. Lett. 36, L15501 (2009).