Ледяные щиты Гренландии и Антарктиды представляют собой крупнейшие пресноводные водоемы на Земле, коллективно хранящие около 99% ледникового льда планеты.Эти колоссальные ледяные массы не являются статическими образованиями; они непрерывно текут, разломаются и динамически реагируют на атмосферные и океанические силы.Понимание и картирование этих ледяных щитов имеют важное значение для прогнозирования будущего повышения уровня моря, оценки глобальной климатической динамики и оценки стабильности полярных сред.

Достижения в области спутникового дистанционного зондирования произвели революцию в изучении ледяных щитов. Такие миссии, как ICESat-2 , в которых используется лазерная альтиметрия для измерения высоты поверхности льда с точностью до сантиметра, и программа GRACE-FO, которая обнаруживает изменения в гравитационном поле Земли для оценки изменений массы льда, предоставляют беспрецедентные данные о динамике ледяного щита. Эти наблюдения позволяют ученым контролировать баланс массы ледяного щита, скорости ледового потока и изменения высоты с высоким временным и пространственным разрешением. Вместе эта информация подается в климатические модели, которые информируют политиков о стратегиях устойчивости прибрежных районов и усилиях по смягчению последствий изменения климата.

Ледяной покров Гренландии

Ледяной щит Гренландии (GrIS) охватывает примерно 1,7 миллиона квадратных километров, что составляет около 80% площади поверхности Гренландии. Это вторая по величине ледяная масса на Земле после Антарктиды, содержащая примерно 2,9 миллиона кубических километров льда. Полное таяние этого ледяного щита повысит глобальный уровень моря более чем на 7 метров, катастрофический сценарий для прибрежных сообществ во всем мире.

ГРИС разделен на несколько дренажных бассейнов, каждый из которых направляет лед в океан через крупные выходные ледники. Известными среди них являются ледник Якобшавн Исбрае, ледник Гельхайма и ледник Петермана, которые выбрасывают лед в Атлантический и Северный Ледовитый океаны. В последние десятилетия наблюдается ускоренная потеря ледяной массы из Гренландии, вызванная как увеличением таяния поверхности, так и динамическими изменениями ледникового потока.

Обратная связь с Surface Melt и Albedo

В летние месяцы большие части ледяного щита Гренландии испытывают таяние поверхности, что уменьшает альбедо льда - меру его отражательной способности. Свежий снег и ледяные поверхности отражают большую часть поступающей солнечной радиации, но талые воды и обнаженный голый лед темнее и поглощают больше тепла, ускоряя таяние в петле положительной обратной связи. Эта обратная связь альбедо усилилась за последние десятилетия, с рекордными размерами таяния поверхности, наблюдаемыми в такие годы, как 2012 и 2019.

Выработанная на поверхности талая вода может просачиваться вниз через снежный покров и замораживаться внутри или убегать прямо в окружающие океаны, способствуя повышению уровня моря. Кроме того, примеси, осажденные на ледяном щите, такие как минеральная пыль, сажа от лесных пожаров и черный углерод от промышленного загрязнения, затемняют ледяную поверхность, еще больше усиливая поглощение солнечной энергии и ускоряя таяние.

Основные ледники Outlet

Якобсхавн Исбре, расположенный на западном побережье Гренландии, является одним из самых быстротекущих ледников в мире, осушая примерно 7% от общего объема ледяного покрова. Этот ледник показал значительное истончение и быстрое отступление за последние два десятилетия, в первую очередь из-за потепления океанских вод, плавающих под ледяным языком снизу. Аналогичным образом ледник Хельхайма на юго-востоке испытал динамические изменения, включая быстрые отеки, которые выпускают массивные айсберги в Северную Атлантику.

Поведение этих выходных ледников тесно связано с топографией подледникового дна и температурой океана на линии заземления — точке, где заземленный лед переходит на плавающий шельфовый ледник или ледяной язык.Изменения в высоте кровати, наличие подледниковых желобов и теплые океанские течения, взаимодействующие с конечной точкой ледника, делают эти ледники очень чувствительными к колебаниям климата.

Антарктический ледяной щит

Антарктический ледяной щит (АИС) является самой большой ледяной массой на Земле, покрывая примерно 14 миллионов квадратных километров и содержа около 26 миллионов кубических километров льда. Он традиционно разделен на три основных компонента: Восточно-Антарктический ледяной щит (EAIS), Западно-Антарктический ледяной щит (WAIS) и Антарктический полуостров. EAIS относительно стабилен из-за его заземленного льда, покоящегося на высоком континентальном плато, тогда как WAIS более уязвим, потому что большая часть его ложа лежит ниже уровня моря, что делает его восприимчивым к таянию под воздействием океана.

Если весь Антарктический ледяной щит растаял, глобальный уровень моря поднимется примерно на 58 метров. Хотя такой сценарий маловероятен в масштабах времени человека, частичное таяние, особенно WAIS, представляет серьезную опасность для прибрежных регионов во всем мире.

Восточно-Антарктический ледяной щит

Обладая примерно 53% пресной воды в мире, EAIS характеризуется толстым, стабильным льдом и высокими высотами, превышающими 3000 метров в некоторых регионах. Однако недавние спутниковые и бортовые наблюдения показывают признаки истончения и отступления шельфового ледника в некоторых прибрежных районах, особенно вблизи ледника Тоттен и шельфового ледника Гетц. Эти регионы уязвимы для вторжений относительно теплой океанской воды, которая разрушает шельфовые ледники снизу и уменьшает их укрепляющее воздействие на внутренний ледовый поток.

Подледниковый бассейн Аврора под EAIS представляет собой область, представляющую интерес из-за его глубоких впадин, которые потенциально могут позволить теплой океанской воде проникать далеко вглубь страны и дестабилизировать большие участки ледяного покрова. Постоянный мониторинг этого бассейна имеет решающее значение для понимания будущего поведения АИС.

Западно-Антарктический ледяной щит

WAIS - это морской ледяной щит с его основанием, лежащим в основном ниже уровня моря. Эта конфигурация делает его особенно чувствительным к потеплению океанских течений, которые могут быстро растаять шельфовые ледники снизу. Ледник Туэйтса, часто называемый «ледником Судного дня», является серьезной проблемой из-за его потенциала способствовать повышению уровня моря до 0,5 метров, если он рухнет. Наряду с Твейтсом ледник Пайн-Айленда подвергается быстрому истончению и отступлению.

Оба ледника являются частью морского залива Амундсен, который считается наиболее уязвимым сектором АИС. Ретроградный наклон дна региона, где дно углубляется, перемещаясь внутри страны, может вызвать нестабильность морского ледяного покрова, процесс, при котором отступление льда может неконтролируемо ускориться после его начала. Исследования, объединяющие спутниковые данные, аэрофотосъемки и океанографические измерения, продолжают фокусироваться на этих ледниках, чтобы лучше предсказать их будущий вклад в повышение уровня моря.

Антарктический полуостров

Антарктический полуостров, простирающийся на север от основной континентальной массы, пережил одно из самых быстрых потеплений на Земле. Это потепление привело к обрушению нескольких шельфовых ледников, таких как Ларсен Б в 2002 году и шельфовый ледник Уилкинса в последние годы. Распад этих шельфовых ледников устраняет стабилизирующую опору, которую они обеспечивают внутренним ледникам, заставляя их резко ускоряться — иногда течь до шести раз быстрее, чем раньше.

Ледники на Антарктическом полуострове вносят значительный вклад в повышение уровня моря в Антарктике, и продолжающееся потепление угрожает усилить эту тенденцию.Сложная топография полуострова и климат делают его критическим регионом для изучения взаимодействия ледяного океана и атмосферы.

Ледяные полы и крепления

Ледяные шельфы являются плавающими расширениями Антарктического ледяного щита, которые окаймляют большую часть береговой линии континента. Они служат опорами, сдерживающими поток заземленного льда в океан. Когда шельфовые ледники тоньше или разрушаются из-за потепления океанской воды или прудирования поверхностных талых вод, этот сдерживающий эффект ослабевает, а заземленный лед за ними ускоряется, увеличивая сброс льда в море.

Основные шельфовые ледники включают шельфовый ледник Росса, шельфовый ледник Фильхнера-Ронна и шельфовый ледник Эмери, но меньшие шельфы также играют решающую роль в местной стабильности ледников. Поверхностные талые воды могут накапливаться в прудах на шельфовых ледниках, что приводит к гидроразрыву - процессу, когда заполненные водой трещины распространяются через лед, ускоряя распад шельфа. Таким образом, мониторинг состояния шельфового ледника жизненно важен для понимания стабильности ледникового покрова Антарктики.

Другие известные ледяные регионы и ледяные шапки

В то время как Гренландия и Антарктида доминируют над глобальным ландшафтом ледяного покрова, многочисленные меньшие ледяные поля, ледники и ледяные шапки во всем мире вносят значительный вклад в повышение уровня моря и региональные климатические воздействия. К ним относятся Патагонские ледяные поля в Южной Америке, ледяные шапки в пределах Канадского Арктического архипелага, ледники в российской Арктике, ледяные шапки Исландии и те, что на архипелаге Шпицберген.

Патагонский ледяной полей

Южные и Северные Патагонские ледяные поля, расположенные в южных Андах Чили и Аргентины, занимают около 17 000 кв. км. Эти ледяные массы являются остатками обширного Патагонского ледяного щита, существовавшего в течение последнего ледникового максимума.В настоящее время патагонский ледник стремительно отступает, под влиянием повышения температуры атмосферы и изменения характера осадков.

Этот регион имеет решающее значение для местных водных ресурсов, питающих реки и водохранилища, которые поддерживают сельское хозяйство и гидроэнергетику. Ледники также внесли значительный вклад в глобальное повышение уровня моря в течение 20-го века. Ускоренные темпы отела и таяния поверхности в последние десятилетия подчеркивают чувствительность этих умеренных ледников к изменению климата.

Канадский арктический архипелаг

Ледяные шапки Канадского арктического архипелага, такие как Ледяная шапка Девона, Ледяная шапка Барнса и Ледяная шапка Пенни, в совокупности покрывают более 150 000 квадратных километров, которые служат чувствительными индикаторами изменения климата в Высокой Арктике, многие из которых свидетельствуют об ускоренном таянии и истончении с конца 20-го века.

Ледяной покров Девона, в частности, был широко изучен благодаря сохранившимся записям ледяного керна, которые дают представление о прошлой изменчивости климата, охватывающей тысячи лет.Потеря льда из этого региона способствует повышению уровня моря и влияет на местную гидрологию и экосистемы, подчеркивая важность продолжения мониторинга.

Арктические ледяные тела России

В российской Арктике находится несколько крупных ледяных шапок и ледников, в том числе на архипелагах Северная Земля, Новая Земля и Земля Франца-Иосифа, на эти ледяные тела всё чаще влияет потепление в прилегающих Баренцевом и Карском морях, что приводит к повышенным скоростям отела, таянию поверхности и общей потере массы.

В совокупности российский арктический лед содержит несколько тысяч кубических километров льда, при этом за последние два десятилетия наблюдается значительное отступление и истончение.Эти изменения влияют на региональные уровни моря и модели циркуляции океана, что делает российскую Арктику ключевой областью для полярных климатических исследований.

Исландские ледяные шапки

Ледяные шапки Исландии, включая Ватнайёкюдль, Лангйёкюдль и Хофсёкюдль, хотя и меньше, чем настоящие ледяные щиты, покрывают более 11 000 квадратных километров и жизненно важны для гидрологии и геотермальных систем страны.Ватнайёкюдль, самый большой из них, охватывает примерно 8 000 квадратных километров и лежит над несколькими активными вулканами, создавая сложные взаимодействия между динамикой льда и геотермальной жарой.

Недавнее потепление привело к сокращению этих ледяных шапок, что повлияло на стоки рек, доступность пресной воды и выработку гидроэлектроэнергии.Мониторинг изменений в исландских ледяных шапках предоставляет ценные данные о реакции ледников средней широты на изменчивость климата.

Ледники Шпицбергена

Архипелаг Шпицберген в Северном Ледовитом океане покрыт ледниками, которые занимают около 60% его площади. Ледники, такие как ледник Аустфонна и ледник Брасвеллбрин, разрушают морскую среду и выбрасывают большие объемы льда в окружающие фьорды и Северный Ледовитый океан. Шпицберген пережил одно из самых быстрых потеплений в Арктике, при этом температура поднимается примерно в два раза выше среднемирового уровня.

Это быстрое потепление ускорило таяние и отступление ледников, что повлияло на местные экосистемы и региональные климатические модели. Некоторые ледники Шпицбергена демонстрируют поведение всплеска - периодические эпизоды быстрого продвижения, за которым следует отступление - что добавляет сложности в прогнозирование будущей потери льда в регионе.

Картирование и мониторинг ледяных щитов

Современное картографирование и мониторинг ледяных щитов основаны на наборе передовых технологий, которые предоставляют исчерпывающие данные о высоте поверхности льда, скорости потока, толщине и положениях линии заземления. Эти методы включают спутниковую альтиметрию, радар с интерферометрической синтетической апертурой (InSAR), воздушные кампании и наземные измерения.

  • ICESat-2: Спутниковая миссия НАСА использует лазерную альтиметрию для измерения высоты поверхности льда с точностью в сантиметровом масштабе, что позволяет обнаруживать тонкие изменения высоты с течением времени.
  • CryoSat-2: Миссия радиолокационного высотомера Европейского космического агентства обеспечивает точные измерения толщины и высоты льда, особенно полезные на плавучих шельфовых ледниках и пересеченной местности ESA CryoSat.
  • GRACE-FO: Миссия «Восстановление гравитации и климатический эксперимент» измеряет изменения в гравитационном поле Земли для оценки изменений массы льда и хранения воды.
  • Сентинель-1:] Радиолокационная спутниковая группировка ЕКА обеспечивает частые изображения высокого разрешения для отслеживания скорости льда, деформации и особенностей поверхности.
  • Ландсат: NASA и USGS предоставляют долгосрочные оптические изображения, имеющие решающее значение для мониторинга ледяной протяженности, событий отела и изменений поверхности в течение десятилетий.

Дополнительные наземные и воздушные кампании, такие как операция НАСА IceBridge, собирают подробные измерения толщины льда, топографии кровати и свойств снега. Этот многоплатформенный подход позволяет ученым интегрировать данные дистанционного зондирования с наблюдениями на месте, повышая точность моделей ледяного покрова, которые имитируют прошлое и будущее поведение.

Массовый баланс и вклад на уровне моря

Массовый баланс ледяного покрова определяется как чистая разница между увеличением льда — в первую очередь от накопления снегопада — и потерей льда, которая происходит через поверхностное таяние, базальное таяние и отеление айсберга. В настоящее время как Гренландия, так и Антарктида испытывают чистую потерю массы, что в значительной степени способствует глобальному повышению уровня моря.

Согласно оценкам Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), полярные ледяные щиты способствовали примерно 10 сантиметрам глобального повышения уровня моря с 1900 года, причем темпы ускорялись в последние десятилетия. Команда по межсравнительным упражнениям с массовым балансом ледяного щита (IMBIE) регулярно обновляет данные со спутников для количественной оценки этих изменений. Текущие оценки показывают, что Гренландия теряет около 280 миллиардов тонн льда ежегодно, в то время как Антарктида теряет примерно 150 миллиардов тонн в год.

Будущее полярных ледяных щитов

Реакция полярных ледяных щитов на продолжающееся изменение климата остается одной из наиболее критических неопределенностей в климатических прогнозах. На динамику ледяного покрова влияют сложные механизмы обратной связи, включающие потепление атмосферы, изменения циркуляции океана и взаимодействия ледяного океана. Модели, включающие эти процессы, предсказывают, что продолжающиеся выбросы парниковых газов усугубят потерю льда, увеличив темпы повышения уровня моря и воздействуя на глобальные прибрежные системы.

Усилия по улучшению прогнозов ледяного покрова включают расширение возможностей дистанционного зондирования, расширение полевых кампаний и улучшение численного моделирования, которое учитывает такие процессы, как гидроразрыв, разрушение ледяных утесов и подледниковая гидрология.

В заключение следует отметить, что картирование и мониторинг основных ледников и ледников Земли по-прежнему имеют важное значение для понимания траектории глобального изменения климата. Гренландские и антарктические ледяные щиты, наряду с меньшими ледяными шапками во всем мире, являются жизненно важными показателями здоровья планет и движущими силами изменения уровня моря. Продолжение инвестиций в технологии наблюдения и научные исследования будет иметь первостепенное значение для защиты уязвимых сообществ и экосистем в предстоящие десятилетия.