Западно-Антарктический ледниковый щит (WAIS) представляет собой массивную морскую ледниковую систему, физические особенности которой охватывают площадь примерно 2,2 миллиона квадратных километров. В отличие от многих ледяных щитов, которые покоятся на континентальной скале над уровнем моря, WAIS заземлена в основном ниже уровня моря, с его самыми глубокими частями, сидящими в углублениях, которые достигают глубин более 1500 метров. Эта уникальная конфигурация делает WAIS одной из самых динамичных и чувствительных ледяных масс на Земле, быстро реагируя на изменения температуры океана, течений и атмосферной циркуляции. Его поведение имеет прямые последствия для глобальных уровней моря, поскольку любая значительная потеря льда из этого региона может способствовать повышению уровня моря на протяжении следующих веков. Понимание физических особенностей WAIS - от его топографии и быстротекущих ледяных потоков до его плавающих шельфовых ледников и критической линии заземления - имеет важное значение для прогнозирования того, как эта система будет развиваться при потеплении климата.

Обзор Западно-Антарктического ледяного щита

Западно-Антарктический ледяной щит занимает площадь около 2,2 млн кв. км и содержит достаточно льда, чтобы поднять глобальный уровень моря примерно на 3,3 м, если он полностью растаял. Он классифицируется как морской ледяной щит, потому что подстилающая порода находится ниже уровня моря, а лед находится в прямом контакте с океанской водой на его окраинах. Этот морской характер придает WAIS фундаментальную уязвимость: теплые океанские течения могут достигать глубоко в ледяной щит, плавя его снизу и дестабилизируя всю систему. WAIS также отличается от Восточно-Антарктического ледяного щита, который больше, толще и покоится на более высоком континентальном плато. WAIS ограничен Трансантарктическими горами на востоке и Южным океаном на севере, западе и юге, где он питается двумя крупнейшими плавающими ледниками на Земле: шельфом Росса и шельфом Ронне-Фильхнера.

Топография и субледниковые особенности

Под WAIS лежит сложный ландшафт гор, долин и бассейнов, которые глубоко влияют на ледяной поток и стабильность. Топография коренного слоя не плоская; вместо этого она имеет глубокие впадины, некоторые из которых были вырезаны древней ледниковой эрозией, и изолированные горные вершины (нунатак), которые выступают через лед. Наиболее ярким топографическим элементом является Западно-Антарктическая рифтовая система, область истонченной континентальной коры, содержащая многочисленные подледниковые бассейны, такие как Подледниковая впадина Бентли, которая погружается на более чем 2500 метров ниже уровня моря. Эти глубокие бассейны имеют решающее значение, потому что они позволяют теплой океанской воде проникать далеко внутрь под полости ледникового шельфа, ускоряя таяние вблизи линии заземления.

Подледниковые озера также в изобилии находятся под WAIS, сотни идентифицированных водоемов застряли подо льдом. Эти озера соединяются через сеть подледниковых рек и могут периодически стекать, вызывая подъем или оседание ледяной поверхности и влияя на скорость ледового потока. Примечательно, что ледяной поток Вильяна лежит над динамической подледниковой гидрологической системой, где наблюдаются крупномасштабные движения воды. Понимание распределения и поведения этих подледниковых особенностей имеет решающее значение для моделирования динамики ледяного покрова, поскольку вода действует как смазка на базе, позволяя льду быстрее скользить по коренной породе.

Ледники и ледяные потоки

Отток льда из WAIS сосредоточен вдоль нескольких быстро движущихся ледников и ледяных потоков. Это каналы льда, которые движутся намного быстрее, чем окружающий ледяной покров, часто со скоростью, превышающей сотни метров в год. Наиболее известными и хорошо изученными являются ледник Пайн-Айленд (PIG) и ледник Туэйтса, оба расположены в секторе моря Амундсена. Вместе эти два ледника истощают примерно одну треть WAIS и показали ускорение потери льда за последние несколько десятилетий.

  • Ледник Пайн-Айленда (FLT:0) является одним из самых быстротечных ледников в Антарктиде, движущихся со скоростью более 4 километров в год вблизи своей линии заземления. Он испытал значительное отступление линии заземления и истончение с 1990-х годов, вызванное вторжениями теплой циркумполярной глубокой воды (CDW), которая расплавляет плавающий ледяной шельф ледника снизу.
  • Ледник Туэйтса, часто называемый «ледником Судного дня» из-за его потенциала вызвать коллапс всего WAIS, еще больше и более уязвим. Его линия заземления отступает внутрь страны вдоль обратно наклонного слоя, что означает, что основные склоны вниз по мере движения внутрь страны, что может привести к процессу, известному как нестабильность морского ледяного щита (MISI). В настоящее время Туэйтс теряет лед со скоростью около 50 миллиардов тонн в год.
  • Другие значительные ледяные потоки включают в себя ледяной поток Whillans Ice Stream, Камбский ледовый поток (который застопорился), и МакАйельский ледовый поток. Эти ледяные потоки стекают в шельфовый ледник Росса и демонстрируют сложное поведение, связанное с подледниковой гидрологией и осадками.

Динамика этих ледников регулируется комбинацией базального скольжения, внутренней деформации и подпорки, обеспечиваемой шельфовыми ледниками.Когда шельфовые ледники тоньше или распадаются, поток этих ледников ускоряется, что приводит к большему сбросу льда в океан.

Заземление и стабильность ледяного покрова

Заземление линии является границей, где ледяной покров переходит от заземления на скале к плаванию в качестве шельфового льда. Это критическая зона, потому что она контролирует скорость, с которой внутренний лед может течь в океан. Заземление линии не является стационарным; он может мигрировать вперед (продвижение) или назад (отступление) в зависимости от изменения толщины льда, таяния океана и изостатического отскока. В WAIS заземление линии, как правило, расположены глубоко ниже уровня моря в подводных желобах, что делает их особенно уязвимыми для теплой океанской воды, которая тает лед из-под.

Когда линия заземления отступает в более глубокий бассейн (обратно-наклонное русло), толщина льда на линии заземления увеличивается, что заставляет линию заземления отступать еще дальше — положительная обратная связь, известная как нестабильность морского ледяного покрова (MISI). Этот процесс может привести к самоподдерживающемуся коллапсу морской части ледяного покрова. Данные спутниковой радиолокационной интерферометрии и ледопроникающего радара показали, что линии заземления в секторе моря Амундсена отступают со скоростью до 1,2 километра в год с начала 2000-х годов. Британская антарктическая служба провела обширные полевые кампании для измерения этих изменений и разработки моделей будущей потери льда.

Ледовые полки: Росс, Ронн-Филшнер и другие

Плавучие шельфовые ледники, окаймляющие WAIS, играют жизненно важную роль в регулировании ледового потока. шельфовый ледник Росса является крупнейшим плавучим ледяным телом на Земле, занимая площадь около 487 000 квадратных километров, при этом шельфовый ледник Ронна-Фильхнера аналогично массивен. Эти шельфы действуют как тормоза или опорные пункты на морском потоке заземленного льда. Они оказывают обратный стресс, который замедляет движение верхнего течения ледовых потоков. Когда шельфовые ледники тоньше или распадаются, этот эффект подпорки уменьшается, а ледовые потоки ускоряются.

Недавние исследования показали, что базальное таяние этих шельфовых ледников ускоряется из-за более теплых океанских течений. Ледниковый шельф Росса испытал увеличение темпов базального таяния в некоторых областях, хотя он остается относительно стабильным по сравнению с ледниковыми шельфовыми ледниками острова Сосна и ледниковым шельфом Туэйтса, которые резко истончились. События откалывания ледникового шельфа (где откалываются большие табличные айсберги) являются естественным циклом, но скорость откалывания может увеличиться, поскольку шельфы становятся слабее. Ледниковый шельф Ларсена B на Антарктическом полуострове (не часть WAIS, но аналогичная система) лихо распался в 2002 году, обеспечивая яркий пример того, как потеря ледникового шельфа может вызвать быстрое ускорение ледника.

Океан-индуцированные плавление и динамика ледника

Основной причиной потери льда в WAIS является таяние, вызванное океаном, особенно вдоль побережья Амундсенского моря. Циркумполярная глубокая вода (CDW), относительно теплая (около 1 ° C) водная масса, течет на континентальный шельф через глубокие впадины и достигает основания плавучих шельфовых ледников. Там она вызывает быстрое таяние льда снизу, создавая полости, которые разжижают шельфовый ледник и дестабилизируют линию заземления. Этот процесс наблюдался непосредственно с использованием автономных подводных аппаратов, таких как [FLT: 0] Icefin [FLT: 1]] робот, развернутый под ледником Туэйтса. Скорость таяния, измеренная под этими ледниками, является одной из самых высоких в Антарктиде. По данным [FLT: 2] Национальный центр данных о снеге и льде (NSIDC) [FLT: 3], потеря массы от WAIS утроилась за последние два десятилетия, в основном из-за этого океанического воздействия.

Взаимодействие океанских течений и полостей ледников сложное и варьируется сезонно. Летом увеличение стока талой воды с поверхности ледяного покрова может также ускорить поток ледников, смазывая основание, но доминирующий эффект происходит из океана. Модели предполагают, что по мере потепления климата приток CDW будет усиливаться, что приведет к еще большему таению. Эта положительная обратная связь является основной причиной, по которой WAIS считается крупнейшей дикой картой в будущих прогнозах уровня моря. Портал уровня моря НАСА регулярно обновляет информацию о вкладе потери антарктического льда в глобальный уровень моря.

Наблюдение и моделирование физических характеристик WAIS

Учитывая удаленность и суровые условия Антарктиды, ученые в значительной степени полагаются на технологии дистанционного зондирования для изучения WAIS. Спутниковая радиолокационная и лазерная альтиметрия (например, ICESat-2, CryoSat-2) измеряют изменения высоты и толщины ледяной поверхности. Интерферометрический радар синтетической апертуры (InSAR) обнаруживает позиции заземления и скорость льда с высокой точностью. Ледопроникающие радиолокационные исследования показывают подледниковую топографию, слои в ледяном щите и характеристики слоя (твердая порода против мягкого осадка).

Также необходимы полевые измерения. Команды пробурили ледник для развертывания океанографических датчиков под ледником Туэйтса в рамках международного сотрудничества ледников Туэйтса. Эти инструменты измеряют температуру воды, соленость и течения вблизи линии заземления. Гляциологи также развертывают GPS-станции на поверхности льда для отслеживания изменений движения и высоты и используют сейсмические исследования для понимания свойств основной породы и осадка. Сочетание этих методов наблюдения в компьютерные модели, которые имитируют динамику ледяного покрова при различных климатических сценариях. Однако многие проблемы остаются, включая точное представление закона о скользящем базальном щите, эффект подледниковой воды и мелкомасштабные процессы на линии заземления.

Последствия для глобального повышения уровня моря

Физические особенности WAIS делают его крупнейшим потенциальным вкладчиком в повышение уровня моря от любого одного ледяного покрова в течение следующего столетия. Текущие оценки показывают, что WAIS уже вносит около 0,3 миллиметра в год в глобальное повышение уровня моря, и эта скорость ускоряется. Если вся морская часть WAIS должна была рухнуть - процесс, который может занять столетия, но может начаться в течение десятилетий - глобальный уровень моря может подняться на 3,3 метра. Даже частичное коллапс ключевых ледников, таких как Туэйтс, может поднять уровень моря более чем на полметра.

Последний межледниковый период (около 125 000 лет назад) дает геологический аналог: уровень моря был на 6-9 метров выше, чем сегодня, и большая часть этой воды, вероятно, пришла из WAIS. Это говорит о том, что WAIS способен быстро отступать в более теплых условиях. В Шестом оценочном докладе МГЭИК (AR6) ] был определен WAIS как ключевой источник неопределенности в долгосрочных прогнозах уровня моря, подчеркивая, что понимание его физических особенностей имеет решающее значение для оценки риска и планирования адаптации.

Региональная изменчивость при потере льда

Не все части WAIS теряют лед с одинаковой скоростью. Сектор Амундсенского моря является наиболее динамичным, в то время как сектор шельфового ледника Росса остается относительно стабильным из-за более прохладных условий океана. В секторе Моря Уэдделла шельфовый ледник Ронне-Фильхнера еще не показал резкого истончения, но есть признаки увеличения базального таяния вдоль его восточного края. Эта изменчивость подчеркивает важность местных океанографических и топографических условий. Исследователи все чаще используют региональные модели высокого разрешения для захвата этих мелкомасштабных взаимодействий.

Вывод: срочная необходимость в дальнейших исследованиях

Западно-Антарктический ледниковый щит представляет собой физически сложную и быстро развивающуюся морскую ледниковую систему. Его основная топография, быстротекущие ледяные потоки, плавающие шельфовые ледники и динамика заземления взаимодействуют с потеплением океана, чтобы вызвать ускорение потери льда. Физические особенности, описанные здесь - от глубоких подледниковых бассейнов до чувствительных заземляющих линий - являются фундаментальными элементами, которые контролируют стабильность WAIS. По мере улучшения наблюдательных возможностей и усложнения моделей наше понимание этих процессов будет углубляться. Однако окно для действий по смягчению последствий повышения уровня моря сужается. Продолжение мониторинга и исследований физических особенностей WAIS необходимы для обеспечения точных прогнозов и информирования глобальной политики. Ключевой вывод заключается в том, что WAIS не является статическим блоком льда; это динамичная, отзывчивая система, чье будущее поведение будет формировать береговые линии по всему миру для будущих поколений.