Table of Contents
Ледники как климатические Стражи
Ледники занимают одно из самых заметных мест в изменении климата. Эти массивные ледяные тела формируются на протяжении веков, когда снег сжимается в плотный лед, а затем медленно текут под собственным весом. В настоящее время они покрывают около 10 процентов поверхности Земли и удерживают около 69 процентов пресной воды в мире. Когда ледники тают быстрее, чем они накапливают новый снег, они теряют массу и отступают. Спутниковые записи показывают, что почти каждый ледник на планете потерял массу за последние пять десятилетий, причем скорость потерь резко ускоряется с начала 2000-х годов. Межправительственная группа экспертов по изменению климата сообщает, что глобальные потери массы ледника в период с 2000 по 2019 год составили более 267 гигатонн в год, достаточно воды, чтобы погрузить весь штат Техас под почти фут воды.
Ледники не только реагируют на температуру. Они чувствительны к характеру осадков, облачному покрову, петлям обратной связи альбедо и местной топографии. Однако доминирующим драйвером нынешнего отступления является рост глобальных средних температур, вызванных выбросами парниковых газов. С доиндустриальной эпохи Земля прогрелась примерно на 1,2 градуса Цельсия, а высокогорные регионы прогрелись примерно в два раза быстрее, чем в среднем по миру. Это дифференциальное потепление ставит ледники в уникально уязвимое положение. По мере их сокращения они обнажают более темные породы и почву, которые поглощают больше солнечной радиации и ускоряют дальнейшее таяние в самоподкрепляющемся цикле.
Понимание физических и человеческих аспектов отступления ледников требует изучения как механизмов потери льда, так и каскадных воздействий на экосистемы, водоснабжение, экономику и сообщества. Ставки не могут быть выше. Более 1,9 миллиарда человек живут в ледниковых горных бассейнах или ниже их и зависят от ледниковой талой воды для питья, орошения, гидроэнергетики и промышленности. Прибрежное население, насчитывающее сотни миллионов, сталкивается с рисками повышения уровня моря, отчасти вызванного таянием ледников. Будущее этих ледяных масс будет определять географию водной безопасности и риска для поколений.
Физическое воздействие изменения климата на ледники
Массовый баланс и уравнение аккумуляции-абляции
Здоровье ледника измеряется его массовым балансом: разница между накоплением снега и потерей льда через таяние, сублимацию и отечность. Когда накопление превышает абляцию, ледник продвигается. Когда абляция превышает накопление, он отступает. Изменение климата решительно склонило этот баланс к чистым потерям для подавляющего большинства ледников. Таяние поверхности в настоящее время составляет наибольшую долю потери массы в большинстве регионов, за которой следует отечность в ледниках приливной воды и плавление подводных лодок в морских ледяных массах.
Сезон таяния удлинился в ледниковых регионах мира. В Европейских Альпах летний сезон таяния начинается на две-три недели раньше и заканчивается на одну-две недели позже, чем в 1980-х гг. Аналогичные тенденции проявляются в Андах, Гималаях и горах западной части Северной Америки. Более высокие температуры воздуха приводят к повышению темпов таяния, но изменения влажности, ветра и облачности также играют роль. Когда сухие, теплые ветры, известные как фёновые, проносятся по поверхности ледников, они могут приводить к экстремальным событиям таяния, которые удаляют сантиметры льда за один день.
Тонировка, Downwasting и структурный коллапс
Отступление относится к конечной точке ледника, которая отступает в гору, но истончение часто предшествует и превышает отступление. Многие ледники снижают высоту поверхности по всей своей длине, а не только на морде. Тонирование уменьшает движущее напряжение, которое перемещает лед, замедляет скорость потока и изменяет внутреннюю динамику ледника. По мере того, как лед истончается, трещины открываются более легко, а поверхность ледника становится все более раздробленной. Это структурное ослабление может ускорить распад и сделать ледник более восприимчивым к краткосрочной изменчивости климата.
В Альпах и Андах ледники за последние два десятилетия истончились на десятки метров. На Гренландском ледяном щите поверхностные талые воды стекают через расщелины и мулены к ледяной базе, где смазывается скольжение и может временно ускорять ледокольный поток. Этот процесс, известный как гидроразрыв, также может вызвать катастрофические дренажные явления, дестабилизирующие большие участки ледникового щита. В Гималаях формирование и быстрый дренаж ледниковых озер представляет растущий риск. По мере отступления ледников они оставляют после себя углубления, которые заполняются талой водой, создавая нестабильные озера, затухающие моренами. Когда эти моренные плотины разрушаются, они выпускают наводнения, которые могут захлестнуть сообщества на десятки километров ниже по течению.
Динамика кальвирования и ледники, заканчивающие морскую фазу
Ледники, которые заканчиваются в океане или в проледниковых озерах, теряют массу не только через поверхностное таяние, но и через отечность, где айсберги откалываются в воду. Изменение климата ускоряет отечность, истончая лед на конечной точке и нагревая океанские воды, которые подрывают ледяной фронт. В ледниках приливной воды плавление подводных лодок может удалять лед со скоростью, превышающей поверхностное таяние, толкая конечный ледник в отступление и вызывая дальнейшее отечность, поскольку ледник теряет свои точки отека на морском дне. Ледник Колумбия на Аляске отступил более чем на 20 километров между 1980 и 2020 годами, в основном через отечность импульсов, вызванных потеплением океана и внутренней динамикой льда. Подобные модели появляются в Патагонии, Шпицбергене и Антарктическом полуострове.
В Антарктиде отступление шельфовых ледников вызывает особую озабоченность. Ледовые шельфы плавают в океане и поддерживают поток внутреннего льда. Когда шельфовые ледники тонки или разрушаются, ледники, питающие их, могут резко ускоряться, стягивая внутренний ледяной щит. Крах шельфового ледника Ларсена В в 2002 году вызвал всплеск ледников вверх по течению со скоростью, в четыре-шесть раз превышающей их скорость до коллапса. Ученые определили несколько шельфовых ледников Антарктики, которые, по-видимому, готовы к аналогичному распаду в ближайшие десятилетия.
Региональные вариации в реакции ледника
Европейские Альпы
Альпы потеряли более половины своего объема ледников с 1850 года, а скорость потерь ускорилась с 2000 года.В 2022 и 2023 годах альпийские ледники пережили свои худшие сезоны таяния, потеряв до шести процентов оставшегося объема за один год. При нынешних темпах многие альпийские ледники исчезнут в течение десятилетий, а общий объем ледников региона может сократиться на 90 процентов или более к 2100 году даже при сценариях умеренных выбросов. Потеря альпийских ледников влияет на стоки рек в бассейнах Рейна, Роны, По и Дуная, что имеет последствия для сельского хозяйства, гидроэнергетики и судоходства на большей части Европы.
Гималаи и высокая горная Азия
В Высокогорной Азии находится самый большой объем ледникового льда за пределами полярных регионов. Эти ледники питают основные речные системы, включая Инду, Ганге, Брахмапутру, Янцзы и Меконг. Потепление ускоряется на высоких высотах, а гималайские ледники теряют массу со скоростью около 0,4 метра в год с 2000 года. В базе данных FLT:0] Третьи полюса окружающей среды документы, что более 90 процентов гималайских ледников истончились или отступили за последние 50 лет. Черный углерод и пыль, отложенные на поверхности ледников от промышленной деятельности и сжигания биомассы в Южной Азии, темнеют лед и увеличивают скорость таяния, усугубляя последствия потепления.
В краткосрочной перспективе ускоренное таяние увеличивает потоки рек весной и летом, но этот всплеск носит временный характер. По мере сокращения ледников летние потоки в конечном итоге будут снижаться, снижая доступность воды в сухой сезон, когда спрос на нее самый высокий. Сообщества в бассейнах Индского и Аральского морей уже сталкиваются с водным стрессом, а отступление ледников усилит это давление. Риск возникновения вспышек ледниковых озер также возрастает по мере того, как образуется все больше озер и расширяются существующие озера. С 1930-х годов в Гималайском регионе произошло более 200 зарегистрированных вспышек наводнений, а частота увеличивается.
Андские острова
Андские ледники, в частности тропические ледники Колумбии, Эквадора, Перу и Боливии, относятся к числу наиболее чувствительных к потеплению, поскольку существуют на теплом пределе жизнеспособности ледников. Тропические ледники с 1970-х годов уже потеряли от 30 до 50 процентов своей площади, а несколько небольших ледников полностью исчезли. Ледяной Кап-Келькая в Перу, крупнейшая тропическая ледяная масса, значительно отступила. Его талая вода питает систему реки Вильканота и поддерживает ниже по течению сельское хозяйство и города. Потеря этих ледников угрожает водоснабжению миллионов людей в засушливых прибрежных и высокогорных районах Перу и Боливии, где сезонные талые воды буферизируют против ярко выраженного сухого сезона.
Полярные регионы
В Арктике ледяной щит Гренландии терял в среднем 270 гигатонн льда в год в период с 2002 по 2020 год, а скорость потерь заметно ускорилась с середины 2000-х годов. Таяние поверхности Гренландии сейчас происходит в районе размером с Европу в некоторые годы. Арктические ледники в Канаде, Шпицбергене и российской Арктике также быстро теряют массу. Антарктический ледяной щит показывает более сложные закономерности. Западная Антарктида теряет массу с ускоряющейся скоростью, что обусловлено потеплением океана, которое подрывает плавающие шельфовые ледники. Восточная Антарктида остается более стабильной, но показывает признаки изменений в некоторых секторах. Если потепление продолжится, полярный вклад в повышение уровня моря будет доминировать в общемировом объеме в течение оставшейся части этого века и далее.
Влияние на человеческие сообщества
Водоснабжение и сельское хозяйство
Ледники выступают в качестве природных водоемов, сохраняя зимние осадки в виде льда и выпуская его в виде талой воды в теплые, сухие периоды. В бассейнах, где талая вода вносит большую долю летнего стока, сроки и величина стока ледников напрямую определяют доступность воды. Фермеры в перуанских высокогорьях время посадки и орошения вокруг сезона таяния. Ирригаторы в Центральной долине Калифорнии зависят от снега и таяния ледников из Сьерра-Невады для заполнения водохранилищ. Операторы гидроэнергетики в Норвегии, Швейцарии и Альпах полагаются на последовательный сток ледников для выработки электроэнергии. По мере отступления ледников надежность этого сезонного водоснабжения снижается.
В бассейне Инда талая вода из гималайских и каракорумских ледников вносит до 50 процентов речного стока в сухой сезон. Бассейн поддерживает крупнейшую в мире прилежащую ирригационную систему, охватывающую 21 миллион гектаров, и кормит более 300 миллионов человек. Если сток ледников снизится на 50 процентов позже в этом столетии, как некоторые модели проектируют, последствия для продовольственной безопасности и сельских источников средств к существованию будут серьезными. Аналогичное давление влияет на Аральское море, дельту Ганга-Брахмапутры и водоразделы Центральной Азии.
Повышение уровня моря и уязвимость побережья
Таяние ледников и потеря ледяного покрова вместе ответственны примерно за две трети наблюдаемого 21 сантиметра глобального повышения уровня моря с 1900 года. Горные ледники вне ледяных щитов способствовали примерно 28 процентам от общего числа, а остальная часть поступает из Гренландии и Антарктиды. Скорость повышения уровня моря ускоряется, от примерно 1,4 миллиметра в год в начале 20-го века до более чем 3,6 миллиметра в год в 2010-х годах. Даже при агрессивном сокращении выбросов уровень моря будет продолжать расти в течение веков из-за инерции климатической системы и длительного времени реакции ледяных щитов.
Прибрежные сообщества сталкиваются с хроническими наводнениями, вторжением соленой воды в пресноводные водоносные горизонты, эрозией пляжей и водно-болотных угодий и повреждением инфраструктуры. По оценкам Всемирного банка, более 800 миллионов человек живут в прибрежных зонах менее чем на 10 метров над уровнем моря. В Бангладеш, Вьетнаме, Египте и Нидерландах повышение уровня моря уже увеличивает частоту приливных наводнений и штормовых нагонов. Малые островные государства в Тихом и Индийском океанах сталкиваются с экзистенциальными угрозами, при этом некоторые прогнозируют, что вся их территория может стать непригодной для жизни в течение этого столетия. Расходы на адаптацию к побережью составляют миллиарды долларов в год, но многие уязвимые регионы не имеют ресурсов для строительства морских стен, возведения сооружений или перемещения населения.
Природные опасности и инфраструктурные риски
Отступление ледников создает новые опасности и усугубляет существующие. Наводнения ледниковых озер, как описано ранее, представляют собой наиболее острую угрозу. Эти наводнения могут путешествовать со скоростью более 10 метров в секунду и нести огромные объемы воды, осадка и мусора. Вспышка наводнения 1941 года из озера Палкакоча в Перу унесла жизни 5000 человек в городе Хуараз. Озеро выросло в 34 раза с 1970-х годов, и власти установили дренажные сифоны и системы раннего предупреждения для снижения риска. Аналогичные усилия предпринимаются в Непале, Бутане и Пакистане, где были выявлены десятки потенциально опасных ледниковых озер.
Деградация вечной мерзлоты, сопровождающая отступление ледников, дестабилизирует горные склоны, увеличивая частоту оползней и камнепадов. В швейцарских Альпах обрушение крупного скалистого лица возле Эйгера в 2006 году совпало с самым теплым летом за всю историю наблюдений и потерей поддержки вечной мерзлоты. В высокогорных регионах таяние вечной мерзлоты также подрывает инфраструктуру, такую как канатные дороги, подъемники, дороги и горные хижины. Инженеры должны теперь переосмыслить конструкции фундамента и графики обслуживания объектов, построенных на некогда стабильной замороженной земле.
Экономические и культурные аспекты
Гидроэнергетика и энергетические системы
В странах, где гидроэнергетика доминирует в производстве электроэнергии, ледниковое отступление нарушает надёжный источник энергии. В Норвегии, Швейцарии, Австрии и канадской провинции Британская Колумбия ледники способствуют летнему базовому потоку, который заполняет водохранилища и поддерживает пиковый спрос. По мере сокращения ледников летние потоки снижаются, заставляя операторов в большей степени полагаться на зимние осадки, хранящиеся в водохранилищах. Этот переход требует инвестиций в мощности плотин, управление сетями и альтернативные источники энергии. Международное энергетическое агентство сообщает, что гидроэнергетика обеспечивает около 16 процентов мировой выработки электроэнергии, и доля выше в регионах, питаемых ледниками. Снижение стока ледников может сократить выработку гидроэнергии на 10-20 процентов в некоторых бассейнах к середине века.
Туризм и культурное наследие
Ледники ежегодно привлекают миллионы туристов в национальные парки, горнолыжные курорты и горные направления. В Альпах ледниковый туризм поддерживает местные экономики стоимостью в миллиарды долларов. Лыжные курорты, зависящие от ледникового летнего катания, закрывают лицо при отступлении льда. Ледниковый экспресс в Швейцарии, живописная железная дорога, пересекающая альпийские ландшафты, сформированные ледниковыми процессами, может в конечном итоге потерять некоторые из своих самых драматических пейзажей. В Канаде ледник Атабаска в национальном парке Джаспер привлекает около 1,3 миллиона посетителей ежегодно. Ледник отступил более чем на 1,5 километра с конца 19 века, и при нынешних темпах он в значительной степени исчезнет в течение десятилетий. Коренные общины в Андах и Арктике имеют глубокие культурные и духовные связи с ледниками. Народы кечуа и аймара Перуанских и Боливийских Анд считают ледники священными. Их потеря представляет собой не только экономическую и экологическую потерю, но и культурную и духовную.
Страхование, недвижимость и финансовый риск
Повышение уровня моря и связанные с ледниками опасности создают финансовые риски, которые пульсируют через страховые рынки, стоимость недвижимости и государственные финансы. Стоимость прибрежной недвижимости в уязвимых районах уже начала снижаться в некоторых частях Соединенных Штатов и Европы. Страховые премии в подверженных наводнениям регионах резко выросли, и некоторые страховщики прекратили писать новые политики. Национальное управление океанических и атмосферных исследований (FLT: 1) оценивает, что повышение уровня моря вдоль побережья США может увеличить ежегодные потери от наводнений с примерно 30 миллиардов долларов сегодня до более чем 100 миллиардов долларов к 2050 году по сценарию с высокими выбросами. Отступление ледника также влияет на стабильность инфраструктуры, построенной на вечной мерзлоте, что может привести к дорогостоящему ремонту и юридическим обязательствам для правительственных учреждений и частных компаний.
Глобальные и местные ответы
Смягчение: сокращение выбросов и стабилизация климата
Единственный способ замедлить и в конечном итоге остановить отступление ледников — стабилизировать глобальные температуры, снизив выбросы парниковых газов до чистого нуля.Парижское соглашение обязывает страны ограничить потепление до уровня значительно ниже 2 градусов Цельсия и прилагать усилия, чтобы удержать его до 1,5 градусов Цельсия. Даже при 1,5 градусах потепления мир потеряет около трети своей массы ледников во многих регионах. При 2 градусах потери приближаются к 50 процентам, а при 3 градусах или выше ледяные щиты начинают брать на себя обязательства по многометровому повышению уровня моря на протяжении веков. Разница между 1,5 и 2 градусами представляет собой разницу между потерей большинства тропических ледников и сохранением их доли. Скорость и масштаб сокращения выбросов в ближайшие два десятилетия напрямую определят, какие ледники выживают и какие исчезают.
Адаптация: управление водой, опасностями и побережьями
Сообщества и правительства уже адаптируются к изменениям, вызванным потерей ледников. В Андах Перу построило водохранилища для сбора талой воды в начале сезона и выпуска ее в засушливые периоды. Чили и Аргентина инвестировали в опреснение и развитие грунтовых вод, чтобы уменьшить зависимость от стока ледников. В Европейских Альпах инженеры установили ледяные одеяла и искусственный снег для замедления таяния на небольших ледниках вблизи туристических объектов. Горные общины усилили системы мониторинга опасности и раннего предупреждения о наводнениях и оползнях ледниковых озер.
Прибрежная адаптация принимает несколько форм. Некоторые регионы строят морские стены, перенапряжение барьеров, а также возвышенные дороги и мосты. Другие восстанавливают мангровые заросли, водно-болотные угодья и дюны, которые обеспечивают естественные буферы против штормового нагона и эрозии. Управляемое отступление, где общины переезжают из наиболее уязвимых районов, привлекает внимание в качестве долгосрочной стратегии. В США Федеральное агентство по чрезвычайным ситуациям приобрело тысячи подверженных наводнениям домов через добровольные программы выкупа, а штат Луизиана взял на себя обязательство переместить целые общины из тонущих прибрежных районов. Затраты на адаптацию велики, но затраты на бездействие больше.
Мониторинг, исследования и управление
Ученые отслеживают изменения ледников через глобальную сеть полевых измерений, спутниковых наблюдений и климатических моделей. Всемирная служба мониторинга ледников координирует данные более чем 40 эталонных ледников в 19 странах. Спутниковые миссии, такие как ICESat-2 НАСА и серия ESA Copernicus Sentinel, предоставляют подробные измерения изменения высоты, скорости льда и площади таяния поверхности. Эти наблюдения информируют климатические модели, прогнозы управления водными ресурсами и оценки опасности. Региональное сотрудничество по обмену водными ресурсами и снижению риска бедствий растет, а трансграничные соглашения в Индус-Куш-Хималае и Андах являются одними из самых передовых примеров. Международное климатическое финансирование, включая Зеленый климатический фонд, поддерживает проекты адаптации в ледниково-зависимых регионах.
Индивидуальные и общинные действия
На местном уровне водопользователи, фермеры и лидеры общин принимают меры по сохранению, повышению эффективности орошения и диверсификации источников воды. Знание коренных народов о поведении ледников и сезонных водных циклах дополняет научные данные и укрепляет местную устойчивость. В Швейцарских Альпах общины создали совместные организации для управления общими водными ресурсами и координации мер реагирования на опасность. В Перуанских Андах женские ассоциации возглавляют усилия по лесовосстановлению и сбору воды, которые снижают уязвимость к нехватке воды. Эти инициативы на низовом уровне не заменяют необходимость национальных и международных политических действий, но они демонстрируют, что адаптация возможна, когда люди организуются и действуют вместе.
Перспективы ледников и общества
Ледники будут продолжать терять массу в течение десятилетий или столетий, даже если выбросы будут быстро снижаться. Инерция климатической системы означает, что потепление, уже запертое в ней, будет стимулировать дальнейшее таяние. Выбор, который человечество делает сейчас, определит, сколько льда выживает и насколько серьезными станут последствия. Каждая десятая часть степени потепления, которой удалось избежать, снижает темпы повышения уровня моря, сохраняет больше запасов пресной воды в горах и снижает риск катастрофических наводнений. Переход к чистой энергии, защита естественных поглотителей углерода и укрепление адаптационных мощностей - все это представляет собой инвестиции в будущее, где ледники сохраняют часть своего текущего объема и продолжают приносить пользу экосистемам и обществам.
Ледники всегда реагировали на климат. Отличие сейчас в скорости и масштабах изменений, вызванных деятельностью человека. Ледяные массы, которые формировали ландшафты и поддерживали цивилизации на протяжении тысячелетий, исчезают в геологический момент. Понимание физических процессов, человеческих воздействий и возможных ответов не является академическим упражнением. Это основа для действий. Сокращение мировых ледников является одним из самых четких сигналов того, что климатическая система меняется, и оно несет последствия, которые достигают от самых высоких гор до самых низких побережий, затрагивая все измерения жизни на Земле.
Ключевые ссылки для этого обзора включают IPCC Шестой оценочный доклад (2021-2023), Всемирная служба мониторинга ледников ежегодные бюллетени о балансе массы ледников , и Портал изменения уровня моря НАСА . Региональные данные взяты из Andean Glacier Research Initiative и База данных Третьего полюса .