Grenlandia
Arktyka to relatywnie niewielki obszar oceanu otoczony największymi masami lądów. Lądy w lecie mocno ogrzewają się, a wraz ze wzrostem koncentracji dwutlenku węgla coraz bardziej. Na oceanie unosi się cienka, licząca do kilku metrów grubości warstwa lodu. Wraz z dodatnim sprzężeniem zwrotnym wzrost temperatury – topnienie lodu – większe pochłanianie energii – wzrost temperatury uczyni z Arktyki system bardzo wrażliwy na zmiany temperatury. I dlatego właśnie w Arktyce obserwujemy szybki wzrost temperatur i rozpad pływającej pokrywy lodowej.
Rys. Temperatura w Arktyce. Źródło: GRIDA
Rys. Minimalny zasięg pokrywy lodowej w latach 1979-2000 (kolor żółty), w roku 2005 (kolor zielony) i w roku 2007 (kolor czerwony). W roku 2008 powierzchnia pokrywy lodowej była pomiędzy rekordowymi minimami z lat 2005 i 2007.
Wśród lodów Arktyki położona jest Grenlandia. Wzrost temperatury powoduje coraz szybsze topnienie jej lodowców. Szczególnie dokładnie zbadane zostały lodowce Helheim, Jakobshavns i Kangerdlugssuaq, odpowiadające wspólnie za utratę 16% masy lodowej Grenlandii. We wszystkich przypadkach obserwuje się coraz szybszą utratę masy przez spływające do morza lodowce, co sugeruje wspólną dla tych odległych od siebie lodowców przyczynę – właśnie zmiany klimatu.
Fot. Jakobshavn – największy lodowiec Grenlandii. Zaznaczone zmiany krawędzi lodowca w kolejnych latach. Uwagę zwraca ostatnio obserwowane bardzo szybkie cofanie się lodowca. Biały obszar z lewej to oderwane od lodowca góry lodowe, z prawej szary paskowany „prawdziwy” lodowiec. Granica między nimi pokazuje, że zdjęcie pochodzi z 2001 roku. Źródł: NASA
Fot. Lodowiec Helheim. Na górze zdjęcie z 2005 roku, w środku z 2003, a na dole z 2001.
Uwagę zwraca też rosnąca prędkość przepływu i utraty masy przez lodowce (rys). Źródło: wikipedia
Rys. Wykres pokazuje prędkość przepływu masy lodowca w latach 1985 – 2006 dla lodowca Jakobshavn w km/rok. Już w 1985 roku najszybszy lodowiec świata, od tego czasu podwoił swoją prędkość do blisko 14 km/rok. Źródło: NASA
Lodowiec Jakobshavn znajduje się na zachodnim wybrzeżu Grenlandii, w pobliżu portu Ilulissat. Port ten zawsze zimą zamarzał. Za wyjątkiem trzech ostatnich lat…
Nawet w środku grenlandzkiego lądolodu w lecie pojawiają się rzeki, które penetrują szczeliny i docierają do skał leżących pod lodem, dodatkowo przyczyniając się do jego szybszego zsuwania się w stronę oceanu.
Poniższa mapa pozwala porównać rejony roztopów w 1992, 2002 i 2005.
Rys. Obszary topnienia lodów Grenlandii w latach 1992, 2002 i 2005.
Faktem jest, że lata te są dobrane szczególnie – rok 1992 był bardzo chłodny w porównaniu do innych, rok 2002 i 2005 bardzo ciepłe, więc takie zestawienie daje przerysowany obraz ocieplenia. Jednak w roku 2007 padł kolejny rekord.
Rys. Obszar topnienia lodowców Grenlandii
(suma dla dni i kilometrów kwadratowych, maksymalny obszar topnienia 800 tys. km2).
Źródło: cires
Obszar pokrywy lodowej Grenlandii objętej roztopami w kolejnych latach stopniowo powiększa się, stopniowo obejmując coraz to nowe tereny, na których wcześniej topnienie nie było obserwowane.
Rejony w centralnych rejonach wyspy na razie nie podlegają roztopom, ale wszystko wskazuje, że jest to jedynie kwestia czasu…
Obecny wzrost temperatury i towarzyszący im rozpad lodowców jest bezprecedensowy – pokazują to m.in. badania lodowca szelfowego leżącej na zachód od Grenlandii kanadyjskiej wyspy Ellesmere’a. Na początku XX wieku lodowiec ten miał powierzchnię 8900 km2. Od tego czasu już około 90% lodowców szelfowych położonych wzdłuż wybrzeży Ellesmere rozpadło się. Badania wskazują, że lodowiec ten istniał od 4500 lat. Przetrwał okresowe zmiany temperatury łącznie z ociepleniem średniowiecznym i dopiero w naszych czasach ocieplenie doprowadziło do jego całkowitego rozpadu. Poniższe zdjęcia satelitarne pokazują rozpad lodowca w 2008 roku.
Fot. Rozpad lodowca u północnych wybrzeży wyspy Ellesmere’a w lecie 2008 roku
Fot. Rozpad lodowca u północnych wybrzeży wyspy Ellesmere’a w lecie 2008 roku, zbliżenie na lodowiec Searson.
Naukowcy uważają, że przyczyn jest kilka: wzrost temperatury w tym regionie (o 2°C w lecie i aż 5°C w zimie), podmywanie przez cieplejszą wodę, a także rozpad lodu pływającego, który wcześniej „podpierał” lodowiec szelfowy, a który w ostatnich latach oddalił się od lądu tworząc warunki sprzyjające odrywaniu się lodu szelfowego 
od brzegów wyspy.
Kilka lat temu uważano, że lody Grenlandii nie roztopią się przez setki lat, a Antarktydy tysiąc kilkaset, teraz nie jesteśmy tego już tak pewni, szczególnie względem obszarów leżących blisko oceanu.
Prawdą, jest, że obszary leżące w najbardziej centralnych rejonach Grenlandii (i Antarktydy) na razie nie podlegają roztopom. W rejonach tych masa lodu nawet przyrasta, częściowo kompensując utratę masy lodowców na wybrzeżach Przyrost masy lodu w środku Grenlandii (i Antarktydy) paradoksalnie również jest spowodowany ocieplaniem się klimatu. Podniesienie się temperatury oceanów powoduje zwiększenie parowania z ich powierzchni i w konsekwencji – wzrost opadów. Temperatura w centralnych rejonach Grenlandii (i Antarktydy) jest tak niska, że niezależnie od jej zmiany nawet o kilka stopni, opady od razu zamarzają. Ponieważ opadów jest więcej niż wcześniej – lądolód w rejonach o bardzo niskich temperaturach narasta.
Z badań satelitarnych przeprowadzonych za pomocą badających zmiany pola grawitacyjnego Ziemi satelitów GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) wynika, że w ciągu ostatnich kilku lat sama Grenlandia traciła blisko 200 km3 lądolodu rocznie. Przewiduje się dalszy ubytek lądolodu i przyspieszanie tego procesu. Stopnienie całości lądolodu Grenlandii podniosłoby poziom oceanów o 7 metrów.
Antarktyda
Opuśćmy na razie Arktykę i przenieśmy się na Antarktydę. Pomiędzy lodami Arktyki a Antarktydy są olbrzymie różnice. Antarktyda to kontynent położony wokół bieguna południowego, na którym grubość lądolodu sięga kilku kilometrów. Do tego cyrkulacja powietrza w komórce okołobiegunowej, zachodnie wiatry okrążające Antarktydę i prądy oceaniczne Dryfu Wiatrów Zachodnich skutecznie izolują wnętrze Antarktydy od dopływu ciepłych mas powietrza z północy. W dodatku istniejąca nad Antarktydą dziura ozonowa powoduje obniżenie temperatury troposfery.
Wyraźnie ogrzewają się za to obszar półwyspu Antarktycznego i Antarktydy Zachodniej, temperatura Antarktydy Wschodniej wzrosła jedynie nieznacznie.
Rys. Zmiany temperatury na Antarktydzie w przeciągu ostatnich 50 lat. Antarktyda Zachodnia, oddzielona od Antarktydy Wschodniej długim łańcuchem górskim, ogrzewa się szybciej. Zmiany temperatury w stopniach Celsjusza. [Źródło: NASA]
Antarktydę można podzielić na trzy obszary:
- Wysunięty na północ Półwysep Antarktyczny, który jest niewielki i szybko się ogrzewa.
- Półwysep Antarktyczny doświadczył gwałtownego wzrostu temperatury, o blisko 3°C w przeciągu ostatnich 50 lat. Obserwujemy tu szybką utratę masy przez lodowce. Jednak ich sumaryczna masa jest niewielka i nawet ich całkowite stopienie nie zmieni istotnie poziomu oceanów.
- Stabilne, zimne, spoczywające na lądzie obszary Antarktydy Wschodniej, które nie stopnieją najprawdopodobniej w znaczącym stopniu nawet w ciągu stuleci.
Kluczowy obszar Antarktydy Zachodniej, zawierający lodowce spoczywające w wodzie, niżej położone i potencjalnie znacznie mniej stabilne. Ich stopienie podniosłoby poziom wody o około 5 metrów.
Pomiary zmiany masy lądolodu antarktycznego do niedawna były bardzo trudnym zadaniem. Sytuację zmieniło wprowadzenie do użycia satelitów GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment), mierzących zmianę mas obiektów poprzez wykrywanie lokalnych zmian pola grawitacyjnego Ziemi. Pomiary wykonane w latach 2002 – 2005 wykazały szybką utratę masy lądolodu Antarktydy Zachodniej, na poziomie 150 km3 lodu rocznie.
Rys. Miesięczna zmiana masy lodowej wraz z dopasowanymi trendami dla Antarktydy Zachodniej (kolor czerwony) i Antarktydy Wschodniej (kolor zielony) w okresie kwiecień 2002 – sierpień 2005.
W środku kontynentu, pomimo wzrostu temperatury, nie obserwujemy obecnie zauważalnych zmian masy lodowca. Na Antarktydzie Wschodniej jest tak zimno, ze nawet podniesienie się temperatury o kilka stopni nie zmieni faktu, że całość opadów będzie od razu zamarzać i powodować przyrost lądolodu. Ponadto zwiększenie parowania z powierzchni oceanów powoduje zwiększenie opadów. Tak więc utrzymywanie masy lądolodu w środku Antarktydy (a może nawet jej lekki przyrost) to także pośredni efekt ocieplania się klimatu Ziemi.
Jednak obserwacje lodowców prowadzą do wniosku, że stabilność lądolodu, szczególnie Antarktydy Zachodniej, może być poważnie zagrożona. Mamy tu do czynienia z dwiema kategoriami lodowców, które mogą okazać się niestabilne.
Pierwsza z nich to pływające lodowce szelfowe. Lodowce szelfowe to grube płyty lodowe, tworzone przez zsuwające się do oceanu lodowce i pływające na jego powierzchni wokół Antarktydy. Największy dotychczas zaobserwowany rozpad lodu pływającego miał miejsce w lutym i marcu 2002, kiedy rozpadł się lodowiec Larsen B o powierzchni 3250 km2 i grubości 220m (wysokość czubka iglicy Pałacu Kultury w Warszawie). Lodowiec był stabilny przez 12000 lat i nikt nie spodziewał się jego rozpadu, a już na pewno nie tak szybkiego.
Zobacz animację: Lodowiec Larsen B – krawędź i obszar zajmowany przed rozpadem.
Rys. Rozpad lodowca Larsen B w lutym i marcu 2002 .
Uważa się, że główną przyczyną tak szybkiego rozpadu było wnikanie stopionej wody z roztopów w szczeliny w lodzie. W lecie na lodowcu pojawiają się rzeki, których woda znika w szczelinach lądolodu. Woda ta rozsadza lądolód, a przenikając do podłoża opartego o skały lodowca działała też jak smar, na którym lądolód może się ślizgać . Lodowiec na lądzie zaczyna się zsuwać w dół w stronę oceanu, pchając przed sobą lód pływający. Spoistość lądolodu zostaje naruszona i lodowiec kruszy się i rozpada.
Rys. Mechanizm kruszenia się i rozpadu lodowca
Rozpad lodowca szelfowego, który wcześniej pełnił rolę „korka w butelce”, powoduje, że znajdujący się na lądzie lodowiec, wcześniej podtrzymywany przez lód pływający, może zjechać do oceanu.
Druga kategoria zagrożonych lodowców, to lodowce oparte o dno oceaniczne. Wiele lodowców, szczególnie Antarktydy Zachodniej nie spoczywa na lądzie, lecz na dnie oceanicznym. Wydawałoby się, że dno tych lodowców jest odizolowane od wpływów ogrzewającej się atmosfery. Ostatnie badania sugerują jednak, że może być inaczej. Zmiany klimatu powodują wzrost siły okrążających (i izolujących) Antarktydę wiatrów zachodnich. Wiatry te odpychają od Antarktydy wody powierzchniowe, na których miejsce napływają wody głębinowe, o temperaturze wyższej od zera. Wody te podmywają od dołu spoczywające na dnie oceanicznym lodowce i roztapiają je, co może zapoczątkować reakcję łańcuchową ich rozpadu.
Dotyczy to szczególnie lodowców na Morzu Amundsena, takich jak Pine Island lub Thwaites, dwóch z pięciu największych na Antarktydzie. Ich rozpad podniósłby poziom oceanów o 1 – 2 metry. W ostatnich latach utrata masy przez te lodowce zauważalnie wzrosła. Krawędź lodowców znajduje się na płytkich wodach, dalej są one oparte na głębokim nawet na 2000 metrów dnie oceanicznym.
Rys. Głębokość Morza Amundsena.
Krawędź lodowca (brązowa linia, ocean jest w prawej dolnej części mapy)
przebiega po wyspach i płytkich obszarach morza. Źródło: jsg
Ukształtowanie dna powoduje, że jeśli te lodowce cofną się tak, że ich krawędź znajdzie się na głębszej wodzie, to całość lodowca może się zdestabilizować i stopniowo rozsypać.
Rys. Kwestia stabilności lodowców Zachodniej Antarktydy na przykładzie lodowca Thwaites. Jego spód spoczywa na głębokim dnie oceanicznym, obniżającym się w stronę głównej masy lodowca. Na górnym rysunku pokazana jest obecna sytuacja. Przyrost masy z opadów (q) jest zbilansowany utratą masy na krawędzi. Na dolnym rysunku pokazana jest sytuacja po utracie części masy – w związku ze zmaleniem lodowca zmniejszy się przyrost masy, a z powodu znalezienia się na głębszej wodzie zwiększy się utrata masy. Lodowiec staje się niestabilny. Źródł: jsg
Rozpad lodowców Pine Island i Thwaites spowodowałby efekt domina i destabilizację całego lądolodu Antarktydy Zachodniej, który zsunąłby się do Morza Amundsena, podnosząc poziom oceanów o 5 metrów. Pociągnęłoby to za sobą również destabilizację części lądolodu Antarktydy Wschodniej (jest w nim tak wielka ilość wody, że wystarczyłoby na podniesienie poziomu oceanów o 65 metrów).
Najbardziej widoczny efekt roztapiania się lodowców i wiecznej zmarzliny to wzrost poziomu oceanów.
