Rozmarzanie wiecznej zmarzliny

Kiedy Słońce świeci na śnieg lub lód, ten odbija 80 - 90% padającego światła, a jedynie 10 - 20% energii jest pochłaniane i wyświecane przez ziemię w podczerwieni. Jeśli w wyniku podniesienia się temperatury woda nie jest pokryta lodem, sytuacja wygląda dokładnie odwrotnie - woda pochłania 90% padającej energii, nagrzewając się i oddając energię w podczerwieni. Energia ta zaś zostaje uwięziona przez gazy cieplarniane. W wyniku tego nagrzewania rośnie temperatura, co powoduje dalszy zanik pokrywy lodowej i jeszcze większe nagrzewanie. Właśnie to dodatnie sprzężenie zwrotne odpowiada za to, że daleka północ jest miejscem, gdzie w wyniku zaniku odbijającej światło pokrywy lodowej temperatury rosną najszybciej.

Albedo śniegu

Rys. Porównanie intensywnego pochłaniania energii promieni słonecznych przez odsłoniętą wodę i ziemię z odbijaniem energii przez lód i śnieg.

Wieczna zmarzlina to obszar, na którym temperatura wierzchniej warstwy ziemi jest trwale (wg definicji przez przynajmniej 2 lata ) niższa od zera. Zmrożona ziemia wiecznej zmarzliny to twarda, podobna do betonu warstwa, pozwalająca nawet na budowanie na niej dróg, rurociągów i budynków bez żadnych przygotowań, zupełnie jak na fundamencie.

Wieczna zmarzlina zajmuje 10 milionów km2 - 20% powierzchni lądów, głównie tam, gdzie średnioroczna temperatura jest niższa od zera. Znaczna część wiecznej zmarzliny pozostaje w tym stanie od dziesiątków tysięcy, a nawet milionów lat.

Obszar wiecznej zmarzliny

Rys. Obszar zajmowany przez wieczną zmarzlinę

Więcej na temat wiecznej zmarzliny.

Ostatnio jesteśmy świadkami stopniowego rozmarzania wiecznej zmarzliny. Obszary od niepamiętnych czasów skute lodem rozmrażają się. Twarda jak beton gleba zamienia się w step lub bagna, a na powierzchni rozmarzającej zmarzliny formują się całe pola jeziorek. W Jakucji ich powierzchnia w 2007 wzrosła względem roku 2000 roku 3,5 razy.

Jeziorka powstałe w wyniku rozmarzania zmarzliny

Rys. Jeziorka formujące się z wody z rozmarzającej wiecznej zmarzliny

Znaczący udział ma w tym ocieplanie się obszarów Arktyki i zanik lodu polarnego. Podobnie działa dodatnie sprzężenie zwrotne związane ze zmniejszaniem się powierzchni pokrywy śnieżnej w Kanadzie, na Syberii, na Alasce i w Skandynawii. Wykresy pokazuje zmiany pokrywy śnieżnej względem średniej.

Dynamika zmian zasięgu pokrywy śnieżnej

Rys. Odchylenie średniorocznej pokrywy śnieżnej od średniej w kolejnych latach.

Uwagę zwraca stopniowe zmniejszanie się zajmowanego przez nią obszaru. Jeśli przyjrzeć się zasięgowi pokrywy śnieżnej w zimie i w lecie, widać, że zimą jej zasięg praktycznie się nie zmienia, za to latem bardzo szybko maleje.

Zmiany zasięgu pokrywy śnieżnej w zimęZmiany obszaru pokrywy śnieżnej w lecie

Rys. Odchylenie zimowej i letniej pokrywy śnieżnej od średniej w kolejnych latach.

Skąd to zachowanie? W lecie wyższe temperatury i dodatnie sprzężenie zwrotne pomiędzy wzrostem temperatury a topnieniem śniegu i pochłanianiem energii światła słonecznego wyraźnie redukują pokrywę śnieżną. Za to w zimie na szerokościach polarnych słońce albo jest pod horyzontem, albo tak nisko, że mała ilość energii nie ma praktycznego znaczenia - efekt cieplarniany nie działa. Wyższe temperatury w zimie oznaczają wyższe parowanie, więcej pary wodnej w atmosferze i większe opady śniegu pozwalające na odbudowanie pokrywy śnieżnej. Kiedy natomiast latem temperatury stają się dodatnie, większe opady deszczu przyspieszają roztopy.

Zmiany najszybciej zachodzą w warstwie przypowierzchniowej. Załączony wykres pokazuje zmiany średniej rocznej temperatury warstw ziemi na różnych głębokościach: 8, 30, 50 i 100 cm w Fairbanks na Alasce.

Wykres zmian głębokości rozmarzania

Rys. Średnie roczne temperatury gleby na różnych głębokościach w Fairbanks na Alasce.

Widać, że do lat ‘70 XX wieku temperatury wiecznej zmarzliny utrzymywały na stałym poziomie. Następnie, wraz ze wzrostem temperatury obserwujemy roztapianie się wiecznej zmarzliny. Z początku temperatury powyżej zera przekraczały tylko warstwy powierzchniowe, później stopniowo coraz głębsze. Rozmarzanie wiecznej zmarzliny ma szereg konsekwencji, poczynając od wpływu na transport i infrastrukturę, aż po długofalowe następstwa klimatyczne.

Rozmarzanie wiecznej zmarzliny oznacza, że ziemia zmienia konsystencję z twardości i wytrzymałości betonu do konsystencji bagna. Zagrożona jest cała infrastruktura lokalna infrastruktura. Budynki stawiane bez fundamentów, bezpośrednio na wiecznej zmarzlinie obecnie stoją na terenie zamieniającym się w bagna, przez co zapadają się, przechylają i rozpadają.

Budynek zniszczony przez rozmarzanie gruntu

Rys. "The Inconvenient Truth", Al Gore.

Dotyczy to także dróg, rurociągów, kolei. Ma to miejsce na Syberii, w Kanadzie i na Alasce. A także w Tybecie. Chińczycy obawiają się, że linia kolejowa łącząca Chiny z Tybetem, wybudowana olbrzymim nakładem środków na wiecznej zmarzlinie płaskowyżu tybetańskiego, może być zagrożona właśnie z powodu jej rozmarzania.

Zmiany dotykają także ekosystemów - począwszy od przewracających się w bagnistej ziemi drzew (tzw. "pijane drzewa"), po zwierzęta, które spotykają się z drastyczną zmianą swojego otoczenia, które w krótkim czasie z tundry zmienia się w bagna lub stepowieje.

Pijane drzewa

Rys. Pijane drzewa, "The Inconvenient Truth", Al Gore.

Zachęcamy do przeczytania artykułu Le Figaro o ociepleniu w Jakucji.

W rejonach arktycznych transport drogowy odbywa się albo po zamarzniętych rzekach, albo bo twardych drogach wiecznej zmarzliny.

Droga przez tundrę

Zdj. Droga przebiegająca po na wiecznej zmarzlinie.

Lód na rzekach jest coraz słabszy, a rozmarzanie wiecznej zmarzliny powoduje, że drogi zamieniają się w bagna. Samochody nie są w stanie się po nich poruszać.

Ciężarówka w błocie rozmarzającego błota

Rys. "The Inconvenient Truth", Al Gore

Załączony wykres przedstawia przejezdność dróg na Alasce. Zmiany są wstrząsające. Podczas, gdy jeszcze w latach siedemdziesiątych można było jeździć przez tundrę przez 7 miesięcy - od listopada do maja, to obecnie okres ten skurczył się do zaledwie 3 miesięcy - od lutego do kwietnia.

Przejezdność dróg

Rys. Data from Alaska Department of Natural Resources.

Ponieważ jest to jedyny dostępny sposób docierania lokalnych społeczności do wielu miejsc, staje się to coraz większym problemem. Także ekonomicznym - cierpi na tym obsługa pól naftowych i przemysł drzewny. Nawet IKEA informowała, że ze względu na nieprzejezdność dróg ma problemy z pozyskaniem drzewa na meble.

Wiele obszarów skutych wieczną zmarzliną pozostawało w tym stanie przynajmniej od setek tysięcy lat. Świadczą o tym np. odkryte w Kanadzie fragmenty wiecznej zmarzliny, które pozostawały zamarznięte przez 700 tysięcy lat. To, że wieczna zmarzlina przetrwała warunki panujące 120 i 400 tysięcy lat temu, kiedy temperatura planety była wyższa o 2 - 3°C niż obecnie, świadczy o tym, że jej odporność na rozmarzanie jest dość wysoka, co można uznać za fakt uspokajający, ale nie na długo.

Bowiem to, że wieczna zmarzlina istniała nawet przy tak wysokich temperaturach oznacza, że gazy cieplarniane akumulują się w wiecznej zmarzlinie nawet od 3 milionów lat lub więcej (dopiero tak daleko w przeszłości temperatura była wyższa niż 120 tysięcy lat temu).

Zmiany temperatury z ostatnich 5 milionów lat

Rys. Pomiary temperatury sięgające poza okres pokrywany przez rdzenie lodowe: dane na podstawie 57 głębokich odwiertów osadów oceanicznych, dla których mierzono stosunek izotopów stosunku ilości 18O/16O w osadach głębokowodnych (żyjących w stałej temperaturze 4°C) Foraminifera (będących miernikiem rozmiaru czap polarnych).

W tym czasie rozkładające się w torfie materiały organiczne pozostawały uwięzione w wiecznej zmarzlinie. Przez cały ten czas "uśpione" w torfie bakterie produkowały metan i dwutlenek węgla, przez co w zmrożonej zmarzlinie nagromadziły się olbrzymie ilości tych gazów. Szacuje się, że w samej powierzchniowej warstwie wiecznej zmarzliny, o głębokości do 3m, zgromadzone jest ponad 1600 miliardów ton węgla, czyli dwa razy więcej, niż w atmosferze.

Wraz ze wzrostem temperatury aktywność bakterii rośnie, a wyzwalający energię proces - jak dla wielkiej masy kompostu - powoduje dalsze wewnętrzne podgrzewanie i przyspiesza rozmarzanie.

W scenariuszu wysokoemisyjnym podniesiemy średnią temperaturę Ziemi o 5-7°C, a Arktyki o kilkanaście stopni, w końcu więc nastąpi wyzwolenie uwięzionych gazów cieplarnianych nawet z miejsc stabilnych od milionów lat.

Już dziś w wielu miejscach metan wyzwala się masowo do atmosfery - wystarczy do przerębli na jeziorku przytknąć rozżarzony patyk i metan zapala się (rys.).

Bąble metanu z jezioraZapłon metanu wydobywającego się ze zmarzliny

Fot. Naukowiec z University of Alaska demonstruje zawartość metanu w bąblach wydostających się z jeziorka powstałego z wody z topniejącej wiecznej zmarzliny

Jak dotychczas temperatury pozostają poniżej maksimów z okresów interglacjalnych, w tym ostatniego sprzed 125 tysięcy lat, kiedy było o około 2°C cieplej niż dziś Jeżeli jednak zostanie przekroczony próg maksimów termicznych, to wieczna zmarzlina, która była w tym stanie nawet od milionów lat, zacznie się topić. Uwięzione w niej setki miliardów ton metanu i dwutlenku węgla zaczną wydostawać się do atmosfery. Szacuje się, że w samej Kanadzie do końca stulecia przy wzroście temperatury o 4°C wyzwoli się 48 miliardów ton węgla.

Przy kontynuacji obecnej emisji gazów cieplarnianych do atmosfery i związanego z tym wzrostu temperatury obszar zajmowany przez wieczną zmarzlinę (dla warstwy na głębokości 3m) do 2050 roku może skurczyć się do 2.5 miliona km2, a do 2100 roku do 1 miliona km2.

Zmiana zasięgu wiecznej zmarzliny

Rys. Przewidywane przez NCAR zmiany zasięgu terenów zajmowanych przez przypowierzchniową wieczną zmarzlinę (na głębokości 3m) mogą się skurczyć do końca XXI wieku o 90%.

Naukowcy szacują, że roztopienie się wiecznej zmarzliny oznaczać będzie uwolnienie się do atmosfery gazów cieplarnianych odpowiadających 10 - 100% naszych emisji z paliw kopalnych, wzmagając spiralę efektu cieplarnianego.

Następny artykuł: Topnienie Grenlandii i Antarktydy

Wykonanie PONG, grafika GFX RedFrosch.



logowanie | nowe konto