Великий раскол: введение в Землю’s Замороженные гиганты

Антарктида содержит приблизительно 60% пресной воды планеты 2019 года в ее обширных ледяных щитах, что делает ее доминирующим фактором в понимании глобального повышения уровня моря. Континент разделен Трансантарктическими горами на две принципиально различные криосферные системы: Восточно-Антарктический ледяной щит (EAIS) и Западно-Антарктический ледяной щит (WAIS). В то время как они разделяют общую широту и экстремальный климат, их геология, размер и физическая динамика настолько различны, что их лучше всего понимать как двух отдельных гигантов.

Восточно-Антарктический ледяной щит представляет собой массивный, высотный земной ледяной покров, покоящийся в основном на скале над уровнем моря. Напротив, Западно-Антарктический ледяной щит классифицируется как морской ледяной щит, его основание заземлено значительно ниже уровня моря. Это единственное геологическое различие приводит к глубокому расхождению в стабильности, уязвимости к потеплению океанов и вкладу в потенциальный подъем уровня моря. В EAIS содержится достаточно льда, чтобы поднять глобальный уровень моря примерно на 58 метров, если полностью растаять, что делает его единственным крупнейшим потенциальным резервуаром повышения уровня моря на Земле. ВАИС имеет более непосредственную уязвимость, способствуя потенциальному повышению уровня моря на 3,3 метра, но с гораздо более высоким риском быстрого, динамичного коллапса в течение следующих веков.

Географический объем и объем льда

Огромный интерьер: Восточная Антарктида

Покрывая приблизительно 14 миллионов квадратных километров, EAIS является самой большой массой льда на Земле. Он составляет в среднем более 2,2 километров в толщину, с максимальной толщиной, превышающей 4,8 километра в Куполе Аргус (Купол А). Этот огромный объем примерно эквивалентен 26,5 миллионам кубических километров льда. EAIS характеризуется несколькими куполами высокого подъема А, Купол С (Станция Конкордия) и Купол F & # x 2014; которые являются одними из самых холодных и сухих мест на Земле. Высота поверхности в Куполе А превышает 4000 метров над уровнем моря. Обширный интерьер относительно изолирован от океанических влияний, сохраняя некоторые из самых старых непрерывных ледяных керновых климатических рекордов, с недавними усилиями по бурению, нацеленными на лед, возрастом до 1,5 миллионов лет. Огромные размеры и холодность EAIS придают ему медленный, стабильный характер в течение коротких временных масштабов, но он не застрахован от изменений.

Морской бассейн: Западная Антарктида

WAIS значительно меньше, покрывая примерно 2,2 миллиона квадратных километров с объемом льда около 3,4 миллиона кубических километров. Он лежит в пределах Морских бассейнов Росса и Уэдделла, связанных Трансантарктическими горами и Антарктическим полуостровом. В отличие от его восточного аналога, основа под большей частью WAIS подавлена весом накладывающегося льда, погружаясь на глубину до 2,5 километров ниже уровня моря. Это создает уникальный подледниковый ландшафт глубоких бассейнов и островов. Ледяной щит осушается быстро движущимися ледяными потоками & # x 2014; реки льда движутся на сотни метров в год & # x 2014; которые текут в большие плавающие шельфовые ледники Росса, шельфовый ледник Ронне-Фильхнера, и меньшие, но критически важные шельфовые ледники Туэйтса и Пайн-Айленда.

Оригинальное название: The Bedrock Below: A Tale of Two Topographies

Стабильность ледяного покрова в основном контролируется формой и высотой земли под ним.Разница в подледниковой топографии между Восточной и Западной Антарктидой является резкой и объясняет большую часть их контрастного поведения.

EAIS в основном находится на высокой континентальной суши. Хотя лед толстый, основа под большей частью интерьера находится вблизи или над уровнем моря. Эта высоко стоящая основа действует как естественный тормоз, обеспечивая трение, которое замедляет ледовый поток и делает лист механически стабильным. Даже если климат значительно нагревается, большая часть внутреннего льда EAIS & # x 2019 не может легко рухнуть, потому что он физически заземлен над уровнем моря. Есть исключения, такие как Подледниковый бассейн Авроры и бассейн Уилкса, которые лежат ниже уровня моря. Эти регионы представляют потенциальные возможности для более быстрой потери льда и нестабильности морского ледяного щита, но они содержат относительно меньшую долю от общего объема EAIS по сравнению с высоким интерьером.

В Западной Антарктиде топография обратная. Фундамент не только ниже уровня моря, но и углубляется внутри страны. Этот ретроградный склон является критическим дестабилизирующим фактором. Когда теплая океанская вода размывает шельфовые ледники и заставляет линию заземления (точка, где ледяной щит поднимается с коренной породы и начинает плавать) отступать, он движется назад и вниз в более глубокую воду. Более глубокая вода означает, что лед там толще, что еще больше увеличивает скорость сброса льда в океан. Эта самоподкрепляющаяся обратная связь известна как нестабильность морского ледяного покрова (MISI). WAIS почти полностью восприимчив к этому механизму.

Стабильность и механизмы перемен

Нестабильность морского ледового щита в Западной Антарктиде

В настоящее время WAIS является самой быстро меняющейся ледяной массой на континенте. Его стабильности в первую очередь угрожает вторжение теплой циркумполярной глубокой воды (CDW) на континентальный шельф. Эта вода, которая на несколько градусов выше точки замерзания льда на месте, впадает в полости подледников и тает шельфовые ледники снизу. По мере того, как эти плавающие шельфовые ледники тоньше, их способность укреплять и сдерживать заземленные ледяные потоки за ними уменьшается.

Ледник Туэйтса, часто называемый ледником “ Ледник Судного дня” средствами массовой информации, служит ярким примером этой нестабильности. Международное сотрудничество ледников Туэйтса (ITGC) документально подтвердило, что ледник истончается и ускоряется. Заземляющая линия Туэйтса отступила примерно на 14 километров с 1990-х годов. Ледник в настоящее время отвечает за примерно 4% глобального повышения уровня моря. Ученые определили естественный геологический хребет под ледником, который может временно замедлить его отступление, но как только заземляющая линия пройдет мимо этого хребта, отступление в глубокий внутренний бассейн может резко ускориться. Аналогичная динамика наблюдается на леднике Пайн-Айленд, который также испытал значительное истончение и ускорение.

Потеря всей WAIS не является вопросом, если, но о том, когда и как быстро, в контексте устойчивого глобального потепления.В то время как полный коллапс маловероятен в 21-м веке, недавнее моделирование предполагает, что скорость потери льда может подтолкнуть вклад повышения уровня моря из Антарктиды значительно выше 1 метра к 2100 году в сценариях с высоким уровнем выбросов, при этом WAIS обеспечивает льва & # x 2019;s доля.

Воспринимаемая стабильность Восточной Антарктиды

В течение десятилетий EAIS считался “стабильным ” ледяным щитом — холодным инертным гигантом, в значительной степени не реагирующим на быстрое изменение климата. Хотя это справедливо для обширного высотного интерьера, недавние исследования поставили под сомнение восприятие полной стабильности на полях.

Ледник Тоттен, крупнейший выходной ледник в Восточной Антарктиде, истощает регион подледникового бассейна Аврора, который находится ниже уровня моря. Спутниковые наблюдения показали, что ледник Тоттен теряет массу и что шельфовый ледник испытывает значительное базальное таяние, вызванное теплой океанской водой, поступающей в полость. Это говорит о том, что те же механизмы нестабильности морского ледяного покрова, угрожающие Западной Антарктиде, также работают в определенных секторах Восточной Антарктиды. Бассейн Уилкса, другой крупный подледниковый бассейн в EAIS, также уязвим, содержащий достаточно льда, чтобы поднять уровень моря на 3-4 метра. Текущий консенсус заключается в том, что EAIS находится вблизи состояния баланса массы (небольшие чистые потери или небольшой прирост в зависимости от региона), но потенциал для быстрого динамического изменения лежит в этих бассейнах на основе моря.

Атмосфера vs. водители океанов

Механизмы, приводящие к изменению Антарктиды, сочетают атмосферное и океаническое воздействие. В Западной Антарктиде основным драйвером является океаническое: транспорт теплого CDW на шельф модулируется ветрами, на которые сами влияют Южный кольцевой режим (SAM) и стратосферное истощение озона. В Восточной Антарктиде доминирующим вопросом является то, как ледяной щит реагирует на изменения баланса массы поверхности. Более теплая атмосфера может удерживать больше влаги, что может частично компенсировать динамические потери на полях. Однако потепление атмосферы также увеличивает риск таяния поверхности на шельфовых ледниках, особенно на Антарктическом полуострове и потенциально на больших шельфовых ледниках Росса и Ронне-Фильхнера в будущем. Обрушение шельфового ледника Ларсена B на полуострове в 2002 году является суровым напоминанием о том, что потепление атмосферы может быстро рассыпать шельфовые ледники через гидроразрыв.

Вклад в повышение глобального уровня моря

Наблюдение за массовым балансом этих ледяных щитов является приоритетом для сообщества климатологов, в значительной степени полагаясь на спутниковые миссии, такие как NASA & # x 2019;s GRACE (Gravity Recovery and Climate Experiment) и ICESat-2, а также ESA & # x 2019;s CryoSat-2 и программа Copernicus Sentinel.

  • Западный Антарктический ледяной щит: ВАИС в настоящее время является крупнейшим источником повышения уровня моря из Антарктиды. Она теряет примерно от 150 до 200 миллиардов тонн льда в год. Эта потеря неравномерно распределена, но сосредоточена в Амундсенском морском заливе, где находятся ледники Туэйтса и Пайн-Айленда. Скорость потери льда из ВАИС ускоряется в течение последних двух десятилетий.
  • Восточно-Антарктический ледяной щит:] В настоящее время EAIS близок к нейтральному вкладу в уровень моря, хотя запас неопределенности широк. Некоторые регионы, особенно на побережье Земли Уилкса и Земли Виктории, теряют массу, в то время как внутренние районы потенциально набирают массу из-за увеличения снегопада. В целом, EAIS может способствовать небольшим чистым потерям (десятки миллиардов тонн в год), но в настоящее время он не является основным фактором антарктического вклада в повышение уровня моря.
  • Антарктический полуостров, хотя часто группируется с WAIS в упрощенных дискуссиях, Антарктический полуостров резко нагревался в течение 20-го века. Это способствовало значительному количеству потери льда через ускорение ледника после обрушения шельфового ледника, хотя его общий объем невелик по отношению к основным ледяным щитам.

В Шестом оценочном докладе МГЭИК 2019 года (AR6) очень высокая уверенность в том, что WAIS будет продолжать терять массу в ближайшие десятилетия. Общий вклад уровня моря в Антарктиде к 2100 году, по прогнозам, составит от 0,1 до 0,5 метра при сценарии с низким уровнем выбросов и потенциально превысит 1 метр при сценарии с высоким уровнем выбросов, преимущественно обусловленном динамикой WAIS. После 2100 года картина становится более тревожной, а многометровое повышение уровня моря связано с текущими выбросами.

Последствия для климатической политики и адаптации к изменению климата

Понимание раздвоенного характера стабильности антарктического ледяного покрова имеет важное значение для эффективной адаптации к изменению климата. Относительно медленное, предсказуемое таяние наземного ледяного покрова (например, внутреннего слоя EAIS) может быть смоделировано линейным образом в ответ на повышение температуры. Однако нестабильность морского ледяного покрова (MISI) и потенциальные процессы нестабильности морского ледяного покрова (MICI) в работе в WAIS вводят нелинейное, пороговое поведение.

Это означает, что прогнозы повышения уровня моря по своей сути неопределенны. Крах WAIS на протяжении нескольких веков является реалистичной возможностью даже при умеренном потеплении. Для прибрежных сообществ это требует смены парадигмы в планировании устойчивости и адаптации, отхода от статических оценок риска наводнений к динамическому, основанному на сценариях планированию, которое учитывает возможность резкого повышения уровня моря.

В эпоху плиоцена, примерно 3-5 миллионов лет назад, уровни CO2 в атмосфере были похожи на сегодняшние (около 400-450 ppm), а глобальные температуры были на 2-4 градуса Цельсия выше. Геологические данные убедительно свидетельствуют о том, что WAIS был значительно меньше или полностью отсутствовал в этот период, что способствовало повышению уровня моря на несколько метров. Это обеспечивает суровый исторический аналог того, что может быть в запасе при продолжающихся выбросах.

Два ледяных щита, одно общее будущее

Восточный и Западный Антарктические ледяные щиты представляют два конца спектра криосферной стабильности. EAIS - это массивный, высоко стоящий резервуар льда, который в значительной степени изолирован от быстрых изменений, вызванных океанами, хотя его глубокие подледниковые бассейны содержат скрытую уязвимость. WAIS - гораздо меньший, но критически неустойчивый морской ледяной щит, непосредственно подверженный нагреванию океанов и подверженный быстрому, необратимому коллапсу через механизм нестабильности морского ледяного щита.

Текущие усилия по мониторингу со стороны таких учреждений, как Национальный центр данных по снегу и льду и исследования, проводимые Британским антарктическим исследованием , продолжают совершенствовать наше понимание этих систем. Судьба WAIS, особенно ледник Туэйтса , будет основным фактором глобального уровня моря в течение нашей жизни и последующих столетий. Хотя EAIS может казаться стабильным сегодня, его долгосрочный вклад не может быть проигнорирован, как подчеркивается в докладе AR6 I IPCC. Геологическая граница Трансантарктических гор разделяет два очень разных ледяных щита, но их реакция на потепление мира глубоко взаимосвязана, подчеркивая необходимость продолжения наблюдений, исследований и климатических действий для смягчения наиболее серьезных последствий.