Dlaczego lodowce topnieją? Przyczyny i skutki ablacji

Topnienie lodowca oznacza jego zanik dopiero wtedy, gdy ablacja przez wiele lat przewyższa akumulację śniegu w górnych partiach lodowca. Lód zawsze znika w dolnej części, bo masa spływa tam z góry jak w rzece. Rozstrzyga więc wieloletni bilans masy, którego wynik widać z opóźnieniem po cofaniu się czoła. Jedno gorące lato niczego nie przesądza.

Ablacja i bilans masy – kiedy topnienie lodowca oznacza jego zanik?

Lodowce tracą masę zawsze, a zanikają dopiero wtedy, gdy ablacja przez wiele lat przewyższa akumulację. Ablacja lodowcowa to suma procesów odbierających lodowcowi masę. Akumulacja to dostawa śniegu w strefie akumulacji, położonej wyżej niż strefa ablacji. Czy samo topnienie świadczy więc o kłopocie? Nie, bo lodowce działają jak rzeki lodu: masa przybywa u góry, spływa w dół i tam znika z natury rzeczy.

O stanie lodowca rozstrzyga bilans masy lodowca, czyli roczna różnica między przyrostem a ubytkiem lodu. Jego wieloletni wynik widać z opóźnieniem na czole lodowca, które przyjmuje jeden z trzech stanów:

• Postój – akumulacja równa się ablacji, więc czoło stoi w miejscu.
• Transgresja – akumulacja przewyższa ablację, a czoło przesuwa się w dół doliny.
• Regresja – ablacja przewyższa akumulację, a czoło cofa się w górę.

Miarą problemu jest zatem bilans wieloletni. Lodowiec może co lato intensywnie topnieć i mimo to rosnąć, jeśli zimą dostaje dość śniegu.

Jak lodowiec traci masę?

Lód znika dwiema drogami: przez ablację fizyczną, w której zmienia stan skupienia, oraz przez ablację mechaniczną, w której odrywa się całymi bryłami. Ablacja fizyczna ma trzy składowe:

• Topnienie powierzchni – insolacja, czyli promieniowanie słoneczne, oraz fen, ciepły i suchy wiatr spływający po stokach.
• Topnienie podstawy – ciepło geotermalne z wnętrza Ziemi i woda krążąca pod lodem.
• Sublimacja – przejście lodu wprost w parę wodną, możliwe także przy ujemnej temperaturze.

Ablacja mechaniczna to przede wszystkim cielenie lodowca: od czoła kończącego się w morzu albo jeziorze odłamują się bloki, które odpływają jako góry lodowe. Ta część masy znika bez topnienia na miejscu.

Kilimandżaro pokazuje, że nawet lodowiec górski w tropikach może zanikać głównie z braku śniegu. Powietrze na szczycie prawie zawsze ma temperaturę poniżej zera. Około 65% ubytku masy daje sublimacja pod silnym słońcem. Spadek opadów pod koniec XIX wieku ograniczył dostawę nowej masy, więc ubytek przeważa.

Dlaczego lodowce topnieją coraz szybciej i ile lodu tracą?

Główną przyczyną jest ocieplenie atmosfery i oceanu wywołane emisjami gazów cieplarnianych – IPCC uznaje wpływ człowieka za główny czynnik cofania się lodowców od kilku dekad. Tempo rośnie, bo ubytek napędza sam siebie. Stopniały śnieg odsłania ciemniejszy lód. Czarna sadza przyciemnia go dalej, więc niższe albedo oznacza więcej pochłoniętej energii słonecznej. Przy lodowcach uchodzących do morza ciepła woda podmywa lód w okolicy linii gruntowania, czyli miejsca, gdzie lód zaczyna unosić się na wodzie.

Liczby różnią się, bo dotyczą różnych okresów i różnych mas lodu. Pomiar satelitarny lodowców dał dla lat 2000–2019 stratę 267 ± 16 gigaton, czyli miliardów ton, rocznie. Roczna strata rosła o 48 ± 16 Gt w każdej dekadzie.

Dłuższy szereg z zestawienia zespołu GlaMBIE obejmuje lata 2000–2023. Daje 273 ± 16 gigaton rocznie dla samych lodowców. Lądolody liczy się osobno. Lodowce tracą o około 18% więcej masy niż lądolód Grenlandii i ponad dwa razy więcej niż lądolód Antarktydy. Regionalne wyjątki, jak niemal stabilne lodowce Karakorum, nie odwracają globalnego wyniku. Dalsze tempo zależy głównie od przyszłych emisji.

Poziom morza – globalne skutki ablacji

Spośród rodzajów lodu poziom morza istotnie podnosi tylko lód leżący na lądzie. Dlaczego zatem kurczący się lód morski Arktyki nie zalewa wybrzeży? Lód pływający wypiera tyle wody, ile sam waży, więc jego stopienie prawie nie zmienia poziomu oceanu. Woda z lądolodów i lodowców górskich trafia natomiast do morza jako nowa masa.

Sama utrata masy lodowców odpowiadała w latach 2000–2019 za 21 ± 3% zaobserwowanego wzrostu poziomu morza. Rośnie też wkład lądolodów, bo bilans masy Grenlandii i Antarktydy szybko się pogarsza. Straty lodu z obu tych obszarów wzrosły w ostatnich dekadach sześciokrotnie.

Słodka woda z topnienia zmniejsza ponadto gęstość wód powierzchniowych. To może osłabiać cyrkulację termohalinową – krążenie oceanu napędzane różnicami temperatury i zasolenia.

Lodowiec Thwaitesa w Antarktydzie Zachodniej należy do lądolodu i liczy się do jego bilansu. Jego cofanie się mogłoby odsłonić dalsze partie lądolodu. Modele traktują to jako scenariusz o niepewnym tempie, nie jako przesądzony bieg zdarzeń.

Co traci i czym jest zagrożona dolina, gdy lodowiec znika?

Dolina traci przede wszystkim zasoby słodkiej wody zmagazynowane w lodzie, które zasilają rzeki w porze suchej. Z badania Hock i Hussa wynika przebieg dwufazowy. Topniejące lodowce najpierw dostarczają rzekom więcej wody, a gdy robią się coraz mniejsze, odpływ spada. Moment przełomu nazywa się szczytem odpływu lodowcowego.

Co to oznacza dla rolnictwa i energetyki wodnej? Faza wzrostu daje pozór obfitości, więc kanały nawadniające i turbiny bywają budowane pod przepływ, który potem maleje. Spadek przychodzi wtedy, gdy infrastruktura już stoi.

Drugim zagrożeniem jest jezioro lodowcowe spiętrzone za nietrwałą moreną, która może się nagle przerwać. Według badania powodzi z jezior lodowcowych liczba i wielkość jezior lodowcowych od 1990 r. szybko rosną. Na skutki potencjalnych powodzi narażonych jest na świecie 15 milionów ludzi, z czego ponad połowa mieszka w zaledwie czterech krajach. Autorzy wskazują Andy jako region budzący niepokój.

Razem z lodem maleje różnorodność zimnych potoków, bo owady wodne i rośliny przystosowane do wody lodowcowej tracą siedliska. Największe ryzyko dotyczy regionów, w których woda z lodowca jest głównym źródłem wody w porze suchej: Andów oraz dorzeczy zasilanych przez lodowce w Azji, zwłaszcza himalajskie.