Table of Contents

Введение

Климат Земли’ никогда не был статическим. За сотни миллионов лет планета качнулась между теплыми периодами теплицы и холодными фазами ледников, с оледенением, представляющим собой одну из самых мощных сил, формирующих поверхность, на которой мы живем. Оледенение - это не просто историческое любопытство; это активный процесс, который влияет на глобальные уровни моря, погодные условия и экосистемы. В контексте ускорения изменения климата понимание того, как ледники формируются, продвигаются и отступают, имеет важное значение для прогнозирования будущего повышения уровня моря и подготовки прибрежных сообществ к предстоящим изменениям. Эта статья обеспечивает всеобъемлющий взгляд на механику оледенения, факторы, которые вызывают ледниковые периоды, и прямую связь между таянием льда и повышением океанов.

Что такое оледенение?

Оледенение относится к образованию, росту и распространению ледников и континентальных ледяных щитов на больших участках поверхности Земли’s. Это происходит, когда климатические условия позволяют снегу сохраняться из года в год, постепенно сжимаясь в плотный лед под собственным весом.Со временем этот лед начинает вытекать наружу под гравитационным напряжением, вырезая долины, откладывая осадок и преобразуя целые ландшафты.

Ледник, по сути, является медленно движущейся рекой льда. Но когда оледенение достигает планетарного масштаба, оно производит ледяные щиты — огромные массы континентального масштаба, которые могут быть толщиной в тысячи метров. Во время пика последнего ледникового периода, примерно 20 000 лет назад, ледяные щиты покрывали почти 30 процентов площади Земли & #8217;s, по сравнению с примерно 10 процентами сегодня. Эти массивные ледяные тела блокируют огромные объемы воды, непосредственно влияя на глобальные уровни моря и модели циркуляции океана.

Ледниковая активность — это не одно событие, а динамический процесс, который разворачивается на протяжении десятков тысяч лет. Земля в настоящее время находится в межледниковом периоде в рамках четвертичного ледникового периода, фазы естественного потепления между более холодными ледниковыми максимумами. Понимание этого цикла является ключом к отделению естественной изменчивости от антропогенного изменения климата.

Стадии оледенения

Оледенение проходит через несколько различных стадий, каждая из которых имеет характерные климатические и геологические признаки.В то время как точная временная шкала варьируется, общая последовательность согласуется в ледниковых циклах.

Фаза охлаждения

Постоянное падение средней температуры в мире инициирует процесс. Это охлаждение обычно обусловлено комбинацией орбитальных изменений, изменений в составе атмосферы и петлей обратной связи, связанных с альбедо льда. По мере падения температуры зимой меньше снега тает летом, создавая чистый прирост снежного покрова.

накопление

Снег, переживающий летний сезон, накапливается год за годом. Вес последовательных слоев сжимает нижние слои, вытесняя воздух и превращая снег сначала в пряный (зерновой снег), а затем в сплошной ледниковый лед. Эта зона накопления ледника там, где набирается масса. На протяжении веков лед становится достаточно плотным, чтобы начать течь под собственным весом.

Улучшение положения

По мере утолщения льда он вытекает наружу из зоны накопления, продвигаясь на более низкие высоты и широты. Ледник расширяется в размерах, часто сливаясь с соседними ледяными телами, образуя ледяные шапки или ледяные щиты.Во время ледникового периода максимум может достигать толщины от 3000 до 4000 метров и простираться далеко за пределы своих первоначальных бассейнов.Лорантидский ледяной щит, например, покрывал большую часть Канады и севера США во время последнего ледникового максимума.

Фаза стабильности

На пике ледникового периода ледяной щит может достичь динамического равновесия, где накопление в центре уравновешивается плавлением и отелом на полях. Эта фаза может длиться тысячи лет, в течение которых ледяной щит оказывает максимальное влияние на уровень моря и климатические системы.

Отступать

Когда климатические условия теплые - будь то из-за орбитальных сдвигов, увеличения парниковых газов или других факторов - таяние начинает превышать накопление. Конец ледника & #8217 отступает, часто выявляя свежевычищенную коренную породу и откладывая ледниковую дождевую. Отступление может быть постепенным или быстрым, в зависимости от скорости потепления и наличия механизмов обратной связи, таких как эффекты ледяного альбедо и смазка талой воды.

Причины оледенения

Наступление ледникового периода редко вызвано одним фактором, а возникает из взаимодействия нескольких природных механизмов, действующих в разных временных рамках.

Миланкович Циклы

Сербский математик Милутин Миланкович предположил, что вариации орбиты Земли’ и осевого наклона являются основными драйверами долгосрочных климатических циклов. Наибольшее значение имеют три компонента: эксцентриситет (форма орбиты Земли’, которая изменяется в течение примерно 100 000 лет), косость (наклон оси Земли’, меняющийся в течение 41 000 лет) и прецессия (колебание оси, с периодом около 26 000 лет). Когда эти циклы выравниваются для уменьшения летней инсоляции в высоких северных широтах, зимний снег может сохраняться в течение лета, инициируя оледенение. Это орбитальное воздействие широко принято в качестве триггера для циклов ледникового периода последних 2,6 миллиона лет.

Атмосферный состав

Парниковые газы, такие как углекислый газ и метан, играют решающую роль в регулировании температуры Земли’.В ледниковые периоды концентрации CO2 в атмосфере измерялись примерно на уровне 180-200 частей на миллион (ppm), по сравнению с доиндустриальными уровнями около 280 ppm и текущими уровнями, превышающими 420 ppm. Более низкие концентрации парниковых газов снижают способность атмосферы’ удерживать тепло, способствуя охлаждению и росту льда. Эта взаимосвязь самоподкрепляется: более холодные океаны поглощают больше CO2, еще больше снижая уровни атмосферы и усиливая охлаждение.

Океаническая циркуляция меняется

Глобальный океанский конвейерный пояс, также известный как термохалинная циркуляция, перераспределяет тепло вокруг планеты. Сдвиги океанских течений могут резко изменить региональный климат. Например, замедление Атлантической меридиональной опрокидывающей циркуляции (AMOC) может уменьшить транспорт теплой воды в Северную Атлантику, охлаждение окружающих массивов суши и стимулирование роста ледяного покрова в Скандинавии и Северной Америке. Приток пресной воды из тающего льда может еще больше нарушить эту циркуляцию, создавая петлю обратной связи, которая поддерживает оледенение.

Вулканическая активность

Крупные извержения вулканов вводят диоксид серы, пепел и другие частицы в стратосферу, где они могут отражать солнечный свет и временно охлаждать планету. Отдельные извержения обычно производят эффекты, длящиеся всего несколько лет, но длительные периоды вулканической активности, такие как те, которые связаны с тектоническими движениями плит, могут способствовать долгосрочному охлаждению. И наоборот, извержения вулканов также могут выделять CO2, усложняя их чистый климатический эффект.

Тектоника плит и континентальное позиционирование

Расположение континентов на Земле’s влияет на океанские течения, ветровые модели и распределение земли и моря. Наличие суши в высоких широтах — таких как Антарктида над Южным полюсом или Гренландия вблизи Северного полюса — обеспечивает платформу для роста ледяного покрова. Открытие или закрытие океанических ворот, таких как Панамский перешеек или пролив Дрейка, может изменить глобальный транспорт тепла и вызвать ледниковые условия. Нынешний ледниковый период, вероятно, начался, когда тектонические сдвиги позволили Антарктиде стать изолированной и оледеневшей около 34 миллионов лет назад.

Влияние оледенения на уровень моря

Связь между оледенением и уровнем моря прямая и обратная: когда лед накапливается на суше, уровень моря падает; когда лед тает, уровень моря повышается. Это происходит потому, что подавляющее большинство ледниковых льдов существует на континентальных массивах суши, не плавающих в океане. Плавающий лед, как арктический морской лед, не влияет на уровень моря, когда он тает (по принципу смещения). Но лед, хранящийся на суше — в Гренландском ледяном щите, Антарктическом ледяном щите и тысячах горных ледников — представляет собой воду, удаленную из океана.

Механизм изменения уровня моря

Во время ледникового максимума так много воды заперто в ледяных щитах, что глобальные уровни моря резко падают. На пике последнего ледникового максимума около 20 000 лет назад уровень моря был примерно на 120 метров ниже, чем сегодня. Континентальные шельфы были выставлены, создавая наземные мосты, такие как Берингов мост между Азией и Северной Америкой. Береговые линии были радикально разными: Британские острова были связаны с материковой Европой, а к континенту были присоединены большие части Юго-Восточной Азии.

По мере того как температура поднималась и ледники начали отступать, талая вода возвращалась в океаны, поднимая уровень моря со скоростью до нескольких метров в столетие в течение самых быстрых талых вод, этот процесс не был однородным; он происходил в припадках и началах, с периодами быстрого повышения уровня моря, сопровождаемого относительной стабильностью.

Исторические изменения уровня моря

Геологическая летопись убедительно свидетельствует о масштабах прошлых колебаний уровня моря.В эмийский межледниковый период около 125 тысяч лет назад глобальные температуры были немного теплее, чем сегодня, а уровень моря был на 5-10 метров выше. Этот период часто изучается как аналог будущих сценариев потепления.

Между эмийским и последним ледниковым максимумом уровень моря упал более чем на 100 метров по мере расширения ледяных щитов. Террасы коралловых рифов, затопленные речные долины и ядра осадков сохраняют свидетельства этих древних береговых линий. Скорость изменений варьировалась, но общая картина показывает, что ледяные щиты Земли и No 8217 способны вызывать изменения уровня моря на десятки метров в относительно коротких геологических временных масштабах.

Эпоха голоцена — последние 11 700 лет — была периодом относительной стабильности уровня моря, с небольшими чистыми изменениями до промышленной революции. Эта стабильность позволила человеческим цивилизациям развиваться вдоль береговых линий, которые считались постоянными. Это предположение сейчас оспаривается.

Текущие тенденции повышения уровня моря

Сегодня повышение уровня моря ускоряется из-за антропогенного изменения климата. Работают два основных механизма: тепловое расширение (по мере нагревания океанской воды, она расширяется) и таяние наземного льда. Последний в настоящее время является доминирующим фактором.

Данные спутниковой альтиметрии от НАСА и NOAA показывают, что глобальный средний уровень моря с 1900 года поднялся примерно на 21 сантиметр, со временем темпы роста увеличились. За последние три десятилетия уровень моря поднимался примерно на 3,3 миллиметра в год, и этот темп ускоряется. К 2100 году прогнозы Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК) предполагают рост на 0,5-1,0 метра при сценариях умеренных выбросов, при худших сценариях, превышающих 2 метра, если динамика ледяного покрова окажется более чувствительной, чем в настоящее время моделируется.

Ледяной щит Гренландии теряет массу с ускоряющейся скоростью, в среднем около 280 гигатонн в год за последнее десятилетие. Антарктический ледяной щит, особенно в Западной Антарктиде, также теряет массу, поскольку теплая океанская вода подрывает плавающие шельфовые ледники, позволяя внутренним ледникам ускоряться к морю. Горные ледники на Аляске, Гималаях, Альпах и Андах отступают почти повсеместно, способствуя примерно одной трети наблюдаемого повышения уровня моря.

Влияние повышения уровня моря

Физические последствия повышения уровня моря уже ощущаются во всем мире, и они будут усиливаться в ближайшие десятилетия, независимо от сокращения выбросов, из-за инерции в климатической системе.

Прибрежная эрозия

Более высокий уровень моря позволяет волнам и штормовым нагонам достигать дальше вглубь страны, ускоряя эрозию пляжей, скал и прибрежных блефов. Многие из песчаных береговых линий мира & #8217 уже отступают со скоростью от одного до нескольких метров в год. Эта эрозия угрожает собственности, инфраструктуре и ценным экосистемам, таким как дюны и барьерные острова.

Прибрежные наводнения

Подъемы моря делают прибрежные наводнения более частыми и сильными. То, что раньше было наводнением & #8220; 100-летнее наводнение & #8221; становится десятилетним или даже ежегодным событием во многих местах. Приливное наводнение, также известное как затопление в солнечный день, уже нарушает повседневную жизнь в таких городах, как Майами, Норфолк и Джакарта. Штормовые волны становятся более разрушительными, когда они едут на более высоком базовом уровне моря, толкая воду дальше вглубь страны и нанося больший ущерб.

Вторжение соленой воды

По мере повышения уровня моря соленая вода все дальше уходит в прибрежные водоносные горизонты, эстуарии и реки. Это вторжение соленой воды загрязняет запасы пресной воды, используемые для питья и орошения, угрожая продовольственной безопасности и общественному здоровью. В дельта-регионах, таких как Дельта Меконга и Дельта Ганга-Брахмапутры, вторжение соленой воды уже влияет на производство риса и доступность питьевой воды.

Водно-болотные угодья

Прибрежные водно-болотные угодья, в том числе соляные болота и мангровые заросли, могут адаптироваться к постепенному повышению уровня моря, возводя возвышенность за счет накопления осадков и роста торфа. Однако, когда скорость подъема превышает их способность идти в ногу, эти экосистемы тонут и превращаются в открытую воду. Потеря водно-болотных угодий устраняет критическую среду обитания для рыб и птиц, снижает естественную защиту от штормов и высвобождает накопленный углерод в атмосферу.

Перемещение и миграция

Повышение уровня моря грозит вытеснить миллионы людей, живущих в низменных прибрежных районах и малых островных государствах. Целые островные государства, такие как Тувалу, Кирибати и Мальдивы, сталкиваются с экзистенциальным риском. В Бангладеш десятки миллионов людей живут менее чем на один метр выше уровня моря. Климатическая миграция уже происходит, и она ускорится, создавая гуманитарные, экономические и геополитические проблемы.

Ущерб инфраструктуры

Порты, аэропорты, дороги, железные дороги, электростанции и канализационные системы, расположенные в прибрежных зонах, все более уязвимы к наводнениям и штормовым повреждениям. Стоимость защиты или перемещения этой инфраструктуры огромна, по оценкам, составляет триллионы долларов во всем мире. Во многих случаях адаптация ограничена финансовыми ресурсами и политической волей.

Стратегии смягчения и адаптации

Решение проблемы повышения уровня моря требует двухстороннего подхода: смягчение последствий для снижения будущего потепления и потери льда, а также адаптация к управлению изменениями, которые уже неизбежны.

Сокращение выбросов

Наиболее эффективным способом замедления повышения уровня моря в долгосрочной перспективе является сокращение выбросов парниковых газов. Это означает переход от ископаемых видов топлива к возобновляемым источникам энергии, повышение энергоэффективности, защиту и восстановление лесов и внедрение устойчивых методов ведения сельского хозяйства. Глобальные выбросы углерода должны достичь чистого нуля к середине века, чтобы иметь разумные шансы ограничить потепление до 1,5 ° C и избежать наиболее опасных переломных моментов в стабильности ледяного покрова.

Береговая оборона

Жесткие инженерные решения, такие как морские стены, дамбы, барьеры штормовых нагонов и затопленные ворота, могут защитить города с высокой стоимостью. Барьер Темзы в Лондоне, Maeslantkering в Нидерландах и система MOSE в Венеции являются примерами крупномасштабной береговой обороны. Эти сооружения дороги в строительстве и обслуживании, и они могут иметь негативные экологические последствия, но они остаются необходимыми для защиты густонаселенных прибрежных городов.

Управляемый Retreat

В некоторых районах стоимость защиты от поднимающихся морей превышает стоимость земли и инфраструктуры. Управляемое отступление предполагает запланированное переселение людей, зданий и инфраструктуры вдали от уязвимых прибрежных зон. Такой подход является спорным и трудным для реализации, но он все чаще признается неизбежным в наиболее уязвимых районах. Примерами являются переселения в деревни коренных жителей Аляски и программы выкупа в подверженных наводнениям районах в Соединенных Штатах.

Восстановление естественных барьеров

Экосистемная адаптация использует защитные услуги природных систем. Мангровые леса, соляные болота, морские водоросли и коралловые рифы могут буферизировать береговые линии от волн и штормовых нагонов, обеспечивая при этом среду обитания и хранение углерода. Восстановление и сохранение этих экосистем часто стоит дешевле, чем строительство жесткой инфраструктуры и предлагает множество сопутствующих выгод. Всемирный банк и многие национальные правительства все чаще инвестируют в природные решения для защиты побережья.

Политика и планирование

Эффективная адаптация требует интеграции прогнозов повышения уровня моря в планирование землепользования, строительные нормы и проектирование инфраструктуры. Законы о зонировании могут ограничивать развитие в зонах высокого риска. Системы страхования могут быть реформированы с учетом фактического риска. Национальные и местные органы власти должны разработать планы адаптации, учитывающие ряд будущих сценариев. Международное сотрудничество также необходимо для поддержки уязвимых развивающихся стран, которым не хватает ресурсов для адаптации самостоятельно.

Важность образования и осведомленности

Общественное понимание оледенения и повышения уровня моря имеет важное значение для формирования политической воли и повышения устойчивости. Многие люди по-прежнему рассматривают повышение уровня моря как отдаленную проблему, когда на самом деле оно уже затрагивает сообщества по всему миру. Школы, университеты, музеи и медиа-организации несут ответственность за четкое и точное сообщение науки.

Программы вовлечения населения в прибрежные проекты мониторинга, восстановления и планирования адаптации могут расширить возможности людей и укрепить социальную сплоченность.Прозрачность в отношении рисков и неопределенностей помогает людям принимать обоснованные решения о том, где жить, как строить и как готовиться к чрезвычайным ситуациям.

Научное сообщество продолжает совершенствовать свое понимание динамики ледяного покрова и прогнозов уровня моря. Исследовательские инициативы, такие как проект межсравнительного моделирования ледяного покрова и спутниковые миссии, такие как ICESat-2 НАСА и No 8217, и последующий документ GRACE, предоставляют критически важные данные для улучшения прогнозов. Для информирования общественности и политиков о последних результатах является постоянной задачей, которая требует четкой связи и укрепления доверия.

Заключение

Оледенение является одним из самых мощных природных процессов Земли’s, способных изменить континенты и контролировать глобальные уровни моря в течение тысяч лет. Те же силы, которые когда-то опускали океаны на 120 метров, теперь действуют в обратном направлении, поскольку человеческая деятельность ускоряет таяние ледяных щитов и ледников. Последствия — береговая эрозия, наводнения, вторжение соленой воды, потеря среды обитания и перемещение людей — уже очевидны и будут усиливаться в течение десятилетий.

Понимание процесса оледенения и его последствий для повышения уровня моря не является академическим упражнением. Это практическая необходимость для подготовки сообществ, защиты инфраструктуры и планирования будущего, в котором береговые линии будут выглядеть очень иначе, чем сегодня. Объединив амбициозные сокращения выбросов с умными стратегиями адаптации и широким государственным образованием, мы можем снизить риски и построить более устойчивые отношения с нашей изменяющейся планетой.

Для дальнейшего чтения изучите ресурсы с NASA’s Sea Level Change Portal, IPCC Sixth Assessment Report и National Geographic ледниковый ресурс страница.