Таяние ледяных щитов и повышение уровня моря: что ждет нас в будущем?

Таяние ледяных щитов стало одним из самых неотложных последствий потепления планеты, непосредственно приводя к повышению уровня моря с темпами, которые тревожат ученых и прибрежных планировщиков. По мере того, как глобальные температуры продолжают расти, огромные ледяные массы, покрывающие Гренландию и Антарктиду, теряют лед с ускоряющимися темпами. Этот процесс делает больше, чем повышение уровня океана - он меняет береговые линии, угрожает поставкам пресной воды и нарушает экосистемы, которые зависят от стабильных климатических условий. Понимание того, что движет таянием ледяного щита, как он связан с повышением уровня моря, и что могут принести ближайшие десятилетия, имеет важное значение для подготовки сообществ и инфраструктуры для меняющегося мира.

Связь между ледяными щитами и уровнем моря проста в принципе, но сложна на практике. Ледяные щиты хранят огромное количество замерзшей пресной воды. Когда они теряют массу из-за таяния поверхности, отела айсберга или плавления подводных лодок, вода в конечном итоге достигает океана. Результатом является прямой вклад в глобальный средний уровень моря. Но на процесс влияют такие факторы, как океанские течения, атмосферная циркуляция и основная геология самих ледяных щитов. Эти переменные делают прогнозы сложными, но направление изменений ясно: потеря льда ускоряется, а уровень моря повышается.

Наука, стоящая за таянием ледяного покрова

Ледяные щиты — ледники континентального масштаба, которые покрывают тысячи квадратных километров и содержат большую часть пресной воды Земли. Доминируют два ледяных щита: Гренландский ледяной щит и Антарктический ледяной щит. Вместе они содержат достаточно замерзшей воды, чтобы поднять глобальный уровень моря примерно на 65 метров, если они полностью растают. В то время как полное таяние займет много веков, даже частичная потеря имеет значительные последствия.

Основным фактором таяния ледяного покрова является потепление температуры воздуха и океана. Поскольку выбросы парниковых газов удерживают тепло в атмосфере, температура наиболее быстро повышается в полярных регионах - явление, известное как полярное усиление. Это потепление влияет на ледяные щиты с помощью нескольких механизмов:

  • Таяние поверхности: Более теплые температуры воздуха приводят к таянию снега и льда на поверхности ледяных щитов.Мелтвотер может впадать в трещины и достигать основания ледяного щита, смазывая кровать и ускоряя ледоток к океану.
  • Ледники, которые заканчиваются в океане, известные как ледники приливной воды, периодически выбрасывают большие куски льда в море. Этот процесс, называемый отелом, может ускоряться, когда ледники тоньше и отступают в более глубокую воду.
  • Подводное таяние: Теплые океанские течения могут растопить затопленные фронты ледников и шельфовые ледники, истончив их снизу и сделав более уязвимыми для распада.
  • Обвал ледникового шельфа: Ледовые шельфы выступают в качестве опор, замедляющих поток внутреннего льда к морю.Когда они ослабевают или разрушаются, ледники позади них могут резко ускоряться.

Спутниковые наблюдения сыграли важную роль в отслеживании этих изменений. Такие миссии, как GRACE НАСА и GRACE-FO (Gravity Recovery and Climate Experiment) измеряют изменения массы льда путем обнаружения изменений в гравитационном поле Земли. Другие спутники, включая ICESat и ICESat-2, используют лазерную альтиметрию для измерения изменений высоты поверхности льда. Эти наборы данных показали, что и Гренландия, и Антарктида теряют лед с ускоренной скоростью, причем совокупные потери в последние годы превышают 500 миллиардов тонн в год.

Ледяной щит Гренландии

Ледяной щит Гренландии покрывает около 1,7 млн кв. км и содержит достаточно воды, чтобы поднять глобальный уровень моря примерно на 7,4 м. Он теряет массу с конца 1990-х годов, со временем скорость потерь увеличивается. Таяние поверхности является доминирующим процессом в Гренландии, особенно на полях ледяного покрова в летние месяцы. В последние годы события таяния происходили на более высоких высотах и раньше в сезон, чем исторические нормы. В 2019 году, например, Гренландия пережила рекордный таяние, потеряв примерно 532 млрд тонн льда за один год.

Отпускные ледники Гренландии, такие как Якобшавн Исбрае, также ускорились из-за потепления океана. Эти ледники перемещают лед из внутренней части к побережью, где он ныряет в океан. По мере их разрежения и отступления скорость сброса льда увеличивается, способствуя повышению уровня моря.

Антарктический ледяной щит

Антарктический ледяной щит — самая большая ледяная масса на Земле, покрывающая около 14 млн кв. км и удерживающая достаточное количество воды для повышения глобального уровня моря примерно на 58 м. Реакция Антарктиды на потепление более изменчива, чем у Гренландии. Восточно-Антарктический ледяной щит, в котором содержится подавляющее большинство льда, в большинстве районов остался относительно стабильным. Однако Западно-Антарктический ледяной щит и Антарктический полуостров испытывают значительные потери.

Западная Антарктида особенно уязвима, потому что большая часть ее льда заземлена ниже уровня моря на дне, который склоняется внутрь страны. Эта конфигурация делает ее восприимчивой к нестабильности морского ледяного покрова: поскольку теплая океанская вода тает погруженный лед, линия заземления - где лед встречается с океанским дном - отступает, подвергая более толстый лед дальнейшему таянию. Этот процесс может привести к беглому отступлению. Ключевые ледники в Западной Антарктиде, включая ледник Пайн-Айленда и ледник Туэйтса (часто называемый ледником Судного дня), истончились, ускорились и отступили в последние десятилетия.

Как таяние льда способствует повышению уровня моря

Повышение уровня моря вызвано не только таянием ледяного покрова. Вносят свой вклад два основных фактора: тепловое расширение морской воды и добавление воды из тающего льда суши. Тепловое расширение происходит по мере того, как океанская вода нагревается и расширяется, занимая больше места. На этот процесс в настоящее время приходится около трети наблюдаемого повышения уровня моря. Остальные две трети приходят из таяния ледников и ледяных щитов, причем наибольшим вкладом вносят ледники Гренландии и Антарктики.

Когда ледяные щиты теряют массу, вода, которую они выпускают, не распределяется равномерно по всему мировому океану. Несколько факторов влияют на изменение местного уровня моря:

  • Гравитационные эффекты:] Большие ледяные щиты оказывают гравитационное притяжение на окружающий океан.По мере потери массы их гравитационное притяжение ослабевает, в результате чего уровень моря падает поблизости, но поднимается дальше. Например, таяние Гренландского ледяного щита вызывает падение уровня моря вблизи Гренландии, но повышение в Южном полушарии.
  • Изостатический отскок:] Земля под ледяными щитами подавлена весом льда. Когда лед тает, земля медленно поднимается в течение тысяч лет, процесс, называемый ледниковой изостатической регулировкой. Это может компенсировать некоторое локальное повышение уровня моря в ранее оледеневших регионах.
  • Изменение циркуляции океана: Поток свежей холодной талой воды может изменить океанские течения, включая Атлантическую меридиональную циркуляцию (AMOC), которая влияет на уровень моря вдоль восточного побережья США и Европы.

Эти факторы означают, что повышение уровня моря не является однородным. В некоторых регионах темпы повышения будут в несколько раз выше среднемировых, в то время как в других могут наблюдаться относительно небольшие изменения или даже локальное падение уровня моря. Эта изменчивость имеет важные последствия для планирования и адаптации прибрежных районов.

Текущие наблюдения и измерения

Данные наблюдений рисуют четкую картину ускорения потери льда и роста морей. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), средний уровень моря в мире вырос примерно на 0,2 метра в период с 1901 по 2018 год. Темпы роста увеличились с примерно 1,3 миллиметра в год в течение 20-го века до примерно 3,7 миллиметра в год в последние десятилетия. Это ускорение обусловлено главным образом увеличением потерь льда из Гренландии и Антарктиды.

Спутниковые измерения миссий GRACE и GRACE-FO показывают, что ледяной щит Гренландии терял в среднем около 280 миллиардов тонн льда в год в период с 2002 по 2020 год, в то время как Антарктида теряла около 150 миллиардов тонн в год за тот же период.Скорость потерь увеличивалась в обоих ледяных щитах, причем потери Антарктиды утроились с начала 2000-х годов.

Эти изменения согласуются с тенденциями потепления. Арктика прогрелась примерно в два раза быстрее, чем в среднем по миру, и температура в Антарктике также увеличилась, особенно в регионах Западной Антарктики и полуострова. Температура океана в ключевых районах, таких как море Амундсена у Западной Антарктиды, значительно возросла, что привело к увеличению таяния шельфовых ледников и ледниковых фронтов.

Для получения более подробной информации о текущих тенденциях уровня моря, портал уровня моря НАСА предоставляет регулярно обновляемые данные и визуализации.

Влияние повышения уровня моря

Повышение уровня моря имеет далеко идущие последствия для человеческого общества, природных экосистем и мировой экономики. Наиболее непосредственные и заметные последствия — для прибрежных сообществ, где более высокие уровни моря приводят к более частым и сильным наводнениям. То, что когда-то «один раз в столетие» штормовые нагоны могут теперь происходить каждые несколько лет или даже ежегодно в некоторых местах. Этот тип наводнений, часто называемый «наводнением неприятностей» или «солнечным наводнением», влияет на дренажные системы, дороги и инфраструктуру даже при отсутствии штормов.

Прибрежные сообщества и инфраструктура

Низколежащие прибрежные районы являются домом для сотен миллионов людей во всем мире. Крупные города, такие как Майами, Шанхай, Мумбаи и Джакарта, уже испытывают последствия повышения уровня моря. В Соединенных Штатах прибрежная собственность, оцениваемая в триллионы долларов, находится под угрозой. Дороги, мосты, аэропорты, морские порты и очистные сооружения уязвимы для затопления и эрозии. Вторжение соленой воды в пресноводные водоносные горизонты угрожает поставкам питьевой воды и сельскохозяйственному производству в прибрежных регионах.

Меры по адаптации включают строительство морских стен, возведение сооружений, восстановление водно-болотных угодий и переселение общин. Эти усилия являются дорогостоящими и зачастую политически сложными. В некоторых случаях затраты на охрану прибрежных районов могут превышать стоимость объекта, находящегося под угрозой, что приводит к трудным решениям о том, какие районы защищать и от каких отказываться.

Малые островные государства

Малые островные развивающиеся государства сталкиваются с экзистенциальными угрозами, связанными с повышением уровня моря. Такие страны, как Кирибати, Тувалу, Маршалловы острова и Мальдивы, имеют средние высоты всего в нескольких метрах над уровнем моря. По мере повышения уровня моря эти страны сталкиваются с потерей земель, засолением пресноводных источников и повреждением инфраструктуры. Некоторые из них уже изучают варианты управляемого отступления или ищут международные соглашения о переселении своего населения.

Потеря целых наций из-за изменения климата поднимает глубокие правовые, этические и гуманитарные вопросы.Вопросы суверенитета, гражданства и сохранения культуры находятся на переднем крае дискуссий между международными организациями и затронутыми общинами.

Экосистемы

Прибрежные экосистемы также находятся под давлением поднимающихся морей. Мангровые заросли, соляные болота и русла морских трав чувствительны к изменениям уровня воды и солености. Эти экосистемы обеспечивают критически важные услуги, включая стабилизацию береговой линии, среду обитания для рыб и дикой природы, хранение углерода и защиту от штормов. Если уровень моря поднимается быстрее, чем эти экосистемы могут адаптироваться или мигрировать внутри страны, они могут быть потеряны, что оказывает каскадное воздействие на биоразнообразие и устойчивость побережья.

Коралловые рифы сталкиваются с аналогичными угрозами. Повышение уровня моря может уменьшить свет, доступный для фотосинтеза, а более высокие температуры воды способствуют обесцвечиванию кораллов. Здоровые рифы защищают береговые линии, поглощая энергию волн, поэтому их снижение усугубляет риски прибрежных наводнений и эрозии.

Будущие прогнозы

Прогнозирование будущего повышения уровня моря сопряжено со значительной неопределенностью, прежде всего потому, что трудно моделировать реакцию ледяных щитов на продолжающееся потепление. В Шестом оценочном докладе МГЭИК (AR6), опубликованном в 2021 году, представлен ряд прогнозов, основанных на различных сценариях выбросов парниковых газов. В сценарии с низким уровнем выбросов (SSP1-2,6) прогнозируется, что глобальный средний уровень моря к 2100 году повысится примерно на 0,3-0,6 метра. В сценарии с высоким уровнем выбросов (SSP5-8,5) диапазон составляет 0,6-1,0 метра, а некоторые модели предполагают еще более высокие значения.

Эти центральные оценки не охватывают весь спектр возможных результатов. Ученые все больше обеспокоены процессами, которые могут привести к быстрой потере льда, особенно в Западной Антарктиде. Нестабильность морского ледяного щита и нестабильность ледяного утеса - где высокие утесы льда на границе океана разрушаются под собственным весом - могут ускорить потерю льда за пределами текущих прогнозов моделей. Некоторые исследования показывают, что при сценариях с высоким уровнем выбросов повышение уровня моря может достичь 2 метров или более к 2100 году.

За 2100 год картина становится еще более неопределенной, но и более последовательной. Даже если выбросы стабилизируются, ледяные щиты будут продолжать реагировать на потепление, уже запертое в климатической системе. Например, ледяной щит Гренландии может быть привержен долгосрочному снижению, если будут пересечены определенные температурные пороги. Палеоклиматические данные показывают, что в прошлые теплые периоды уровень моря был на несколько метров выше, чем сегодня, что указывает на то, что ледяные щиты способны на гораздо большие потери в течение веков до тысячелетий.

Для всестороннего обзора последних научных прогнозов, отчет Рабочей группы I МГЭИК AR6 является авторитетным источником.

Основные факторы, влияющие на будущие потери льда

Несколько факторов определят будущую траекторию таяния ледяного покрова и повышения уровня моря:

  1. Выбросы парниковых газов: Единственный наиболее важный фактор, контролирующий будущее потепление и потерю льда. Более низкие выбросы снижают скорость таяния ледяного покрова, в то время как продолжающиеся высокие выбросы ускоряют его.
  2. Потепление океана: Теплые водные потоки, которые достигают шельфовых ледников и фронтов ледников, являются основным фактором потери льда. Изменения в ветровых моделях и циркуляции океана могут привести к более теплой воде в контакте со льдом.
  3. Облако улавливает тепло и влияет на количество солнечного света, отраженного ледяными поверхностями. По мере того, как лед тает и темные поверхности подвергаются воздействию, отражается меньше солнечного света, что приводит к большему поглощению тепла и дальнейшему плавлению.
  4. Динамика льда: Изменения в потоке льда, включая потенциал нестабильности морского ледяного покрова и обрушения ледяного утеса, представляют собой самый большой источник неопределенности в прогнозах уровня моря.

Что можно сделать

Решение проблемы таяния ледяных щитов и повышения уровня моря требует как смягчения последствий, так и адаптации. Смягчение последствий предполагает сокращение выбросов парниковых газов для замедления темпов потепления и потери льда. Адаптация предполагает подготовку к повышению уровня моря, которое уже неизбежно.

Смягчение

Наиболее эффективным способом ограничения будущего повышения уровня моря является сокращение выбросов углекислого газа и других парниковых газов. Для этого требуется переход от ископаемого топлива, расширение возобновляемых источников энергии, повышение энергоэффективности, а также защита и восстановление лесов и других поглотителей углерода. Парижское соглашение, подписанное почти 200 странами, направлено на ограничение глобального потепления на уровне значительно ниже 2 ° C выше доиндустриального уровня, с целью достижения 1,5 ° C. Выполнение этих целей значительно снизит риск катастрофической потери ледяного покрова, хотя некоторое повышение уровня моря все еще будет происходить из-за прошлых выбросов.

В качестве путей удаления CO2 из атмосферы изучаются технологии удаления углерода, такие как прямой захват воздуха и усиленное выветривание. Однако эти технологии все еще находятся на ранних стадиях и сталкиваются со значительными проблемами масштабируемости и стоимости. Приоритетным остается сокращение выбросов в источнике.

Адаптация

Даже при самых оптимистичных сценариях выбросов уровень моря будет продолжать расти в течение десятилетий и столетий. Поэтому адаптация имеет важное значение. Стратегии включают:

  • Прибрежные оборонительные сооружения: Строительство или подъем морских стен, дамб и барьеров от штормовых нагонов может защитить густонаселённые районы.Нидерланды и Япония имеют большой опыт работы с такими оборонительными сооружениями.
  • Природные решения: Восстановление мангровых зарослей, солончаков и устриц рифов может буферизировать береговые линии от волн и эрозии, обеспечивая среду обитания и хранение углерода.
  • Управляемое отступление:] В некоторых районах наиболее экономически эффективным и безопасным вариантом является перемещение людей и инфраструктуры подальше от уязвимых береговых линий. Этот подход является политически сложным, но все чаще рассматривается правительствами и общинами.
  • Возвышение и затопление конструкций:] Подъем зданий, дорог и коммунальных услуг может уменьшить ущерб от наводнения. Строительные кодексы и планирование землепользования могут включать будущие прогнозы уровня моря.
  • Системы раннего предупреждения: Улучшенное прогнозирование и связь могут помочь сообществам подготовиться к наводнениям и уменьшить потери жизни.

Для общин, уже испытывающих воздействие, такие ресурсы, как NOAA Climate.gov, предлагают практические рекомендации и региональные данные о повышении уровня моря и рисках прибрежных наводнений.

Исследования и мониторинг

Текущие научные исследования имеют решающее значение для улучшения нашего понимания поведения ледяного покрова и уточнения прогнозов уровня моря. Продолжение инвестиций в спутниковые миссии, полевые наблюдения и компьютерное моделирование поможет уменьшить неопределенность и информировать принятие решений. Международное сотрудничество, такое как Научный комитет по антарктическим исследованиям , координирует исследовательские усилия между странами и дисциплинами.

Заключение

Таяние ледяных щитов и повышение уровня моря представляют собой одну из наиболее значительных долгосрочных проблем изменения климата. Наука ясна: потепление температуры приводит к тому, что Гренландия и Антарктида теряют лед с ускоряющейся скоростью, и эта потеря приводит к повышению уровня моря. Последствия — от прибрежных наводнений до потери среды обитания до потенциального исчезновения целых стран — уже ощущаются и будут усиливаться в ближайшие десятилетия.

Будущее не предопределено. Выбор, сделанный сегодня в отношении выбросов парниковых газов, будет определять траекторию таяния ледяного покрова и повышения уровня моря для будущих поколений. Немедленные и устойчивые действия по сокращению выбросов могут замедлить темпы изменений и ограничить худшие результаты. В то же время необходимы меры по адаптации для защиты сообществ и экосистем от изменений, которые уже происходят.

Ученые продолжают совершенствовать свое понимание динамики ледяного покрова и улучшать прогнозы, но существенный посыл непротиворечив: чем горячее становится планета, тем больше льда тает, и тем выше поднимаются моря. Вопрос не в том, поднимется ли уровень моря, а в том, насколько и как быстро — и будет ли человечество действовать вовремя, чтобы справиться с последствиями.