Antarktyczne lodowce niedługo zmienią reguły klimatycznej gry

Powodowane przez globalne ocieplenie coraz intensywniejsze topnienie lodu na Antarktydzie niesie za sobą poważne konsekwencje, które dotkną cały świat. Ostatnio naukowcy na łamach czasopisma Nature przedstawili wyniki badań, które potwierdzają wcześniejsze ustalenia Jamesa Hansena. Chodzi o załamanie cyrkulacji termohalinowej. To może nie być wcale tak odległa przyszłość.

Czym jest owa cyrkulacja termohalinowa?

To mechanizm globalnej cyrkulacji oceanicznych wód, który napędzają różnice w temperaturze i zasoleniu wód morskich. Jest on dodatkowo wspomagany przez wiatry napędzające powierzchniowe prądy morskie. To właśnie dzięki cyrkulacji termhalinowej klimat na Ziemi nie cechuje się większymi niż w tej chwili skrajnościami pogodowymi. Dzięki globalnej wymianie wód, jej cyrkulacji (z ang. overturning circulation) nie ma u nas takich zim na jak Półwyspie Labradorskim.

Dzięki owej cyrkulacji nie formują się też cyklony potężniejsze od tych, które dziś widzimy, o których ostrzegał James Hansen, były dyr. Instytutu Goddarda w NASA. Cyrkulacja termhalinowa sprawia, iż ciepło tropikalnych wód Atlantyku czy Pacyfiku jest rozprowadzane na północ i na południe, więc regiony tropikalne nie gotują się. Inaczej rolę tę musiałaby przejąć atmosfera, a to oznaczałoby, jak to ujął Hansen: „istne piekło na Ziemi”.

Jak wyżej wspomniano, cyrkulację tę napędzają różnice temperatur. Źródłem tej cyrkulacji są regiony polarne. Dlatego też naukowcy w ostatnich latach coraz bardziej zwracają uwagę na kwestię topnienia lodu. Zarówno lodu morskiego w Arktyce, jak i antarktycznych lodowców szelfowych i w ogóle lądolodu.

Załamanie na Antarktydzie

Lód morski w Arktyce nie może zniknąć, bo inaczej woda nie będzie się ochładzać, i przestanie opadać w dół, dając początek tejże cyrkulacji. Tak samo na południu, na Antarktydzie pokrywa lodowa nie może się gwałtownie topić, bo inaczej dojdzie do negatywnych zmian. U wybrzeży Antarktydy biliony ton zimnej słonej wody opadają na duże głębokości. Gdy woda tonie, na dużej głębokości napędza antarktyczną cyrkulację wymienną lub inaczej też zwrotną – to część globalnej cyrkulacji termohalinowej.

Ilustracja 1. Zmiany w antarktycznej cyrkulacji zwrotnej/wymiennej. Mapa po lewej przedstawie zmiany temperatur wód na głębokości 4 km w stosunku do lat 90. XX wieku. Wykres po prawej pokazuje zmiany siły cyrkulacji wyrażonej w sverdrupach do 2050 roku. Matthew England i Qian Li/Nature

Badania przedstawione przez naukowców z Uniwersytetu Nowej Walii pokazują, iż antarktyczna część cyrkulacji termohalinowaj – antarktyczna cyrkulacja wymienna osłabnie. I to w znacznym stopniu. Co gorsza, stanie się to w bardzo szybkim z punktu widzenia zmian klimatycznych czasie. Trzy lata prac, gdzie wykorzystano modelowanie komputerowe, wykazały, iż antarktyczna głębinowa cyrkulacja wymienna jest na dobrej drodze, by spowolnić o 42 proc. do połowy tego wieku. To już niedługo. Już teraz istnieją niepokojące oznaki, iż te płynące na głębokości 3-4 km prądy zaczynają stopniowo szwankować. Mogą wręcz ulec całkowitemu załamaniu.

„Z naszych prognoz wynika, iż ​​przewrót na Antarktyce zakończy się w tym stuleciu”, powiedział Matthew England, zastępca dyrektora Centrum Doskonałości Nauki Antarktycznej Australijskiej Rady ds. Badań, który koordynował badania. „W przeszłości te cyrkulacje zmieniały się na przestrzeni około 1000 lat, a my mówimy o zmianach w ciągu kilku dekad. Jest to więc dość dramatyczne”, dodał England.

Stoi za tym topnienie lodowców szelfowych

W ciągu ostatnich lat i dekad nic się nie działo, jak pokazuje to załączony wyżej wykres. Jednak teraz, jak twierdzą badacze, cyrkulacja zaczyna słabnąć. Niepożądane zmiany są już w toku. Winę za to pownosi globalne ocieplenie. A dokładnie topnienie lodowców szelfowych na Antarktydzie, w wyniku czego do oceanu trafia nadmiarowa ilość zimnej, ale słodkiej wody.

Ilustracja 2. Zmiany masy antarktycznego lądolodu wyrażona w gigatonach (mld t) w latach 2002-2022. Dane z satelitów GRACE.

Satelity GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) od 2002 roku mierzą tempo utraty grenlandzkiego i antarktycznego lądolodu. Powyższy wykres przedstawia tempo tych zmian. O ile w pierwszej dekadzie tego wieku tempo to było w miarę powolne, to w następnej wyraźnie przyspieszyło. Te nadmierne roztopy zakłócają opadanie zimnej, słonej, a także bogatej w tlen wody na dno Oceanu Południowego. W normalnych warunkach woda ta opada na dno, gdyż ze względu na obecność soli jest gęsta. Słodka woda jest lżejsza, co prowadzi do nieporządniej stratyfikacji, czyli uwarstwienia wód.

Niedawne badania pokazały, iż obecne topnienie takich lodowców jak lodowiec Thwaites zachodzi najszybciej od co najmniej 5500 lat. Ten proces w ciągu najbliższych lat i dekad przyspieszy. Pojawiła się także ostatnio informacja, iż Thwaites zwany lodowcem zagłady może się rozpaść w niedługim czasie. Jak to ujął jeden z naukowców: „Thwaites naprawdę trzyma się dziś za paznokcie i powinniśmy oczekiwać, iż w przyszłości zobaczymy duże zmiany w małych przedziałach czasowych – choćby z roku na rok”. Takie właśnie zmiany doprowadzą do zablokowania owego pasa transpiracyjnego wód oceanicznych.

To zaś jeszcze bardziej spotęguje dalsze zmiany. „Jedną z niepokojących rzeczy tego spowolnienia jest to, iż u podstawy półek lodowych wokół Antarktydy może wystąpić sprzężenie zwrotne do dalszego ocieplenia oceanu. A to doprowadziłoby do większego topnienia lodu, wzmacniając lub potęgując pierwotną zmianę”, powiedział England. Ciepłe wody zostaną uwięzione pod warstwą słodkiej, lekkiej wody. Im więcej lodu trafi do oceanu, tym wolniej słona woda będzie opadać na dno. Cyrkulacja będzie zwalniać, w końcu ulegnie zatrzymaniu.

Konsekwencje biologiczne

Za tym pójdzie szereg daleko idących konsekwencji dla całego świata. Jedną z nich będą konsekwencje biologiczne. Po opadnięciu wody jej masy są niesione na północ. Silny denny prąd antarktycznej cyrkulacji wymiennej wzburza głębokie warstwy osadów na dnie oceanu. Są to pozostałości po rozkładających się organizmach morskich żyjących u wybrzeży Antarktydy. Te drobne szczątki niesione przez prąd są bogate w składniki odżywcze. Są one wraz z tlenem transportowane do niższych szerokości geograficznych. Następnie upwelling powoduje, iż woda ta jest wynoszona w górne warstwy oceanu. Dzięki temu życie morskie ma zapewniony świeży pokarm.

Steve Rintoul, drugi autor badania powiedział, iż życie morskie praktycznie na całym świecie polega na tych składnikach. Ich źródłem dostarczania jest właśnie antarktyczna cyrkulacja wymienna. „Wiemy, iż składniki odżywcze eksportowane z Oceanu Południowego w innych systemach prądów wspierają około trzech czwartych globalnej produkcji fitoplanktonu – podstawy łańcucha pokarmowego”, powiedział. „Wykazaliśmy, iż do 2050 roku opadanie gęstej wody w pobliżu Antarktydy zmniejszy się o 40 proc. I gdzieś między 2050 a 2100 rokiem zaczniemy dostrzegać wpływ tego na produktywność powierzchni”, dodał Rintoul.

Możemy się tym nie przejmować, ale to nas dotknie. Oceany są ważnym źródłem pożywienia także dla człowieka. Wiele państw, szczególnie tych biedniejszych w Azji czerpie duże korzyści z rybołówstwa. Nietrudno więc sobie wyobrazić, co to może oznaczać dla milionów ludzi.

Konsekwencje klimatyczne

W ciągu ostatnich dekad, jak możemy się dowiedzieć z danych sieci Argo, przydenne warstwy wód uległo dużemu ociepleniu. Praca badawcza na temat załamania cyrkulacji termohalinowej na Antarktydzie sięga tylko do 2050 roku. Potem, jeżeli nie będzie neutralności klimatycznej, klimat będzie się przez cały czas ocieplać. jeżeli tak będzie, to przewrót na Oceanie Południowym dojdzie do skutku. Warto też zwrócić przy tym uwagę na niedoszacowane od lat prognozy IPCC. England zwraca uwagę, iż prognozy IPCC nie obejmują zmian na Antarktydzie, a tym samym spowalniania antarktycznej cyrkulacji wymiennej. „To bardzo istotny składnik zmian, które już zachodzą wokół Antarktydy, a kolejne będą miały miejsce w ciągu najbliższych kilku dekad”, powiedział.

Częściowe lub całkowite załamanie cyrkulacji termohalinowej, zarówno tej antarktycznej jak i atlantyckiej (AMOC), będzie nieść za sobą daleko idące konsekwencje. Przede wszystkim dojdzie do przyspieszenia wzrostu poziomu oceanów, gdyż uwięzione ciepłe wody głębinowe spotęgują rozpad lodowców szelfowych. Innym problemem będą zmiany we wzorcach opadowych. Przesunięcie stref opadowych o 1000 km w tropikalnej części świata poniesie za sobą szereg konsekwencji. „Wyłącz go całkowicie, a uzyskasz ową redukcję opadów w jednym pasie na południe od równika i wzrost w pasie na północy”, powiedział England.

I na koniec wspomniane prognozy Jamesa Hansena. Zatrzymanie cyrkulacji termohalinowej oznacza wyłączenie transportu energii cieplej przez oceany. Efektywnym mechanizmem takiego transportu są potężne sztormy. Wzrost różnicy temperatur pomiędzy ocieplającymi się rejonami tropikalnymi a okołobiegunowymi sprzyjałby ich powstawaniu.