Czy Zachodnia Antarktyda przeczy wpływowi człowieka na topnienie lądolodu?

Rdzeń lodowy z wydobyty z Ziemi Ellswortha (Zachodnia Antarktyda) dostarczył dowodów na to, że obecne topnienie lodowców w tym rejonie nie przekracza naturalnych zmian. Tym samym antropogeniczny wpływ na zmniejszanie się czapy lodowej w Zachodniej Antarktydzie został poddany pod wątpliwość.

Rdzeń lodowy przebadany został przez zespół brytyjskich badaczy w ramach programu iSTAR Brytyjskiej Służby Antarktycznej (BAS - British Antarctic Survey). Reprezentował on zapis 308 lat (od 1702 do 2009 roku) zmian klimatycznych Zachodniej Antarktydy, które interpretowano m.in. na podstawie fluktuacji składu izotopów stałych tlenu.
Stwierdzono, że klimat w tym rejonie uzależniony był od zmian temperatury wód powierzchniowych oraz ciśnienia atmosferycznego w tropikalnych częściach Pacyfiku (słynne zjawiska El-Niño i La-Niña). Zapis izotopowy w rdzeniu pokazuje, że obecne topnienie w rejonie Ziemi Ellswortha zapoczątkowane zostało pod koniec lat 50-tych XX w., a jego amplituda podobna jest do tych obserwowanych na Półwyspie Antarktycznym i centralnej części Zachodniej Antarktydy.

Nie to jednak jest najciekawsze w tych badaniach. Otóż, obecne tempo topnienia nie jest wyjątkowe w skali ostatnich 300 lat. Krzywe izotopowe, interpretowane jako zapis temperatury, miały w owym czasie bardziej dramatyczne zmiany, czyli okresy gwałtownych ociepleń i ochłodzeń. Do takich sytuacji dochodziło w połowie XIX i w XVIII wieku.

Wniosek z tego płynie taki, że to, co obserwujemy obecnie wcale nie musi być związane z działalnością człowieka, gdyż skala zjawiska nie przekracza naturalnych zmian jakie zachodziły w zachodniej Antarktyce w ciągu ostatnich 300 lat (Thomas et al., 2013).

Ciekaw jestem, jak sprawy potoczą się dalej, gdyż Zachodnia Antarktyda, obok Grenlandii, podawana była jako przykład gwałtownych zmian spowodowanych tzw. globalnym ociepleniem, wiązanym z uwalnianiem przez człowieka sporych ilości CO₂ do atmosfery. W poście poświęconym zmianom poziomu morza wywołanym topnieniem Grenlandii zwróciłem uwagę na to, że Wschodnia Antarktyda notuje obecnie przyrost czapy lodowej, w przeciwieństwie do Zachodniej. Teraz okazuje się, że i w Zachodniej Antarktydzie topnienie można tłumaczyć pre-industrialnymi czynnikami działającymi w przyrodzie.

Nie jest to pierwszy tego typu głos. Podobne badania prowadzono na antypodach, w rosyjskiej Arktyce, gdzie na podstawie rdzenia 1000-letniego stwierdzono, że topnienie lodowców arktycznych jest bardziej złożonym problemem i wcale nie musi wynikać tylko z wpływu człowieka (Opel et al., 2013). W Arktyce w XV i XVI wieku dochodziło do gwałtownych zmian, związanych ze zmianą cyrkulacji atmosferycznej.

Trochę inna skala - krzywa izotopowa tlenu oraz poziom morza na przestrzeni ostatnich 100 mln lat i rozwój czapy lodowej na Antarktydzie (Miller et al., 2008).

Nie jestem ani sceptykiem, ani denialistą, ani też zwolennikiem globalnego ocieplenia. Zawsze, jako człowiek przyzwyczajony do myślenia kategoriami czasu geologicznego, twierdziłem, że 100 czy 150 lat pomiarów to za mało, żeby cokolwiek przesądzać. Patrząc z perspektywy 50 czy 500 mln lat ani obecne stężenie CO₂ ani topnienie lądolodów nie robi wrażenia. Z tej perspektywy ciągle żyjemy w epoce lodowej.

Źródła:
Elizabeth R. Thomas et al., 2013. A 308 year record of climate variability in West Antarctica. Geophysical Research Letters, 40: 5492-5496.

Miller, K.G. et al., 2008. A View of Antarctic Ice-Sheet Evolution from Sea-Level and Deep-Sea Isotope Changes During the Late Cretaceous-Cenozoic. Proceedings of the 10th International Symposium on Antarctic Earth Sciences. Whashington.

Notka prasowa BAS - New ice core record shows climate variability in West Antarctica

Fot. w nagłówku by Elizabeth R. Thomas - Baza w zachodniej Antarktyce

Czytaj więcej

Topnienie lądolodu grenlandzkiego spowoduje... obniżenie poziomu morza

Tak, to prawda. Wbrem obiegowej opinii, stopnienie lądolodu grenlandzkiego nie spowoduje podniesienia poziomu morza na całym świecie. Można nawet uogólnić i stwierdzić, że nie wpłynie to na eustatyczne podniesienia poziomu morza. Są natomiast takie rejony świata, gdzie poziom morza wręcz obniży się. I to znacznie. Nawet do 100 m. Wiem, że w mediach szerzy się klimatyczny defetyzm i ogólnie wciska się ludziom, że zmniejszająca się czapa lodowa na Grenlandii spowoduje zalanie olbrzymich obszarów nadmorskich w Europie, w tym także i w Polsce. Dlaczego ja tak nie uważam?

Zacznę do tego, że Ziemia to nie drewniana, ani żelazna kula z rozlaną po powierzchni wodą, która wypełnia zagłębienia. Ziemia ma dość skomplikowany kształt. Na tyle skomplikowany i niepowtarzalny, że nazwano go geoidą. Geoida ma wybrzuszenia i zagłębienia, których powierzchnia nie pokrywa się z elipsoidalną linią referencyjną stosowaną do pomiarów wysokości. Trudno więc porównać ze sobą poziomy morza w różnych układach odniesienia. Linia "zero" jednego układu odniesienia może różnić się od takiej samej linii w drugim układzie nawet o 50 cm lub więcej w samej tylko Europie. Dla porównania - układ odniesienia Triest (Adriatyk) różni się od układu Kronsztad (Bałtyk) o +0.67 m w stosunku do powierzchni referencyjnej elipsoidy. Trudno więc orzec, czy zmiany poziomu morza np. w układzie Kronsztad dotyczą wyższego poziomu morza czy też odkształcenia geoidy.

Dopiero do kilkunastu lat znamy w miarę dokładny kształt geoidy, który można stosować jako globalny poziom odniesienia w pomiarach satelitarnych. Dlatego też dopiero od niedawna można mówić o globalnych zmianach. W dalszym jednak ciągu pomiary trwają i należy spodziewać się kolejnych, dokładniejszych odwzorowań powierzchni geoidy. Ostatni model grawitacyjny Ziemi EGM2008 pochodzi sprzed paru lat (np. Pavlis et al., 2012). Odkształcenia geoidy powodują, że część wody spływa do zagłębień w geoidzie, więc tam należy spodziewać się wzmożonego napływu wód, większego niż w miejscach wyniesionych. Np. wschodnie wybrzeża USA są obniżone w stosunku do Grenlandii o prawie 150 m (patrz poniższy rysunek). Nierównomierny rozkład materii w skorupie ziemskiej powoduje też nierównomierny rozkład potencjału grawitacyjnego. To jedna z przyczyn, dla której poziom morza nie będzie podnosił się równomiernie na całym świecie, jak w laboratoryjnej menzurce.

Kształt geoidy ziemskiej wg modelu EGM2008 z widocznymi odchyleniami w stosunku do referencyjnej elipsoidy (NGA).

Powyższy akapit zawiera także dalsze wytłumaczenie dotyczące lądolodu grenlandzkiego, który - jak się domyślacie - sporo waży. Z wyliczeń P.J. Petersena wynika, że lądolód grenlandzki waży 2.66946 x 1018 kg. To oczywiście dużo, więcej niż jesteśmy w stanie sobie wyobrazić. Taka masa lodu ma swój potencjał grawitacyjny, który przyciąga wodę oceanu i powoduje jej podniesienie w pobliżu Grenlandii. Gdy zdejmiemy z niej lądolód, Grenlandia stanie się lżejsza, a wtedy woda oceaniczna odpłynie od niej. Przyciąganie grawitacyjne Grenlandii z lądolodem powoduje wygięcie powierzchni oceanu w promieniu dochodzącym do 2000 km, zatem większość pn. Atlantyku ma powierzchnię grawitacyjnie podniesioną (rysunek poniżej).

Grawitacyjne ugięcie powierzchni oceanu w pobliżu obiektu o dużej masie (góra); zmiany poziomu morza w zależności od tego który lądolód stopnieje (wg Battersby'ego, 2013).

I tu pojawia się kolejna kwestia. Ciężki lądolód wgniata skorupę kontynentalną Grenlandii w plastyczny płaszcz ziemski. Gdy lód zniknie, lżejsza Grenlandia podniesie się. I teraz uwaga - stopnienie lądolodu to mniejsza grawitacja i podniesienie izostatyczne Grenlandii, które spowodują obniżenie poziomu morza u wybrzeży tej wyspy o około 100 m. Siedząc dostatecznie długo na brzegu Grenlandii zobaczymy, że morze cofa się i opada. Podobne zjawisko zachodzi na tarczy bałtyckiej, która ciągle jeszcze podnosi się po zrzuceniu lądolodu ostatniego zlodowacenia, powodując, że Bałtyk staje się coraz płytszy.

Zjawisko obniżenia poziomu morza dotknie w zasadzie całą Europę. Oczywiście im dalej od Grenlandii, tym obniżenie poziomu morza będzie słabsze, ale np. Islandia, Irlandia czy zachodnia Szkocja doczekają się obniżenia poziomu morza, zamiast ogłaszanego nieustannie podniesienia. W Polsce pewnie też poziom morza opadnie, ale nieznacznie (uwaga - nie biorę pod uwagę innych składowych zmian poziomu morza).

Oczywiście, zjawiska te nie zachodzą z dnia na dzień. Trudno więc dokładnie powiedzieć w jakim tempie będzie odbywało się izostatyczne podnoszenie tarczy grenlandzkiej i przyległych do niej obszarów. Z teoretycznych rozważań wynika, że Arktyka wolna od lodu spowoduje ostatecznie podniesienie poziomu głównie w południowym Atlantyku i pd. Pacyfiku - przy założeniu, że czapa lodowa Antarktydy pozostanie nietknięta. Pewien wpływ na poziom morza ma także woda z górskich lodowców, ale podobnie do Grenlandii, ona także spowoduje zdjęcie ciężaru z gór i ich izostatyczne podniesienie, a więc relatywne obniżenie poziomu morza.

Rekordowy zasięg lodu antarktycznego z września 2012 (NASA).

Z obserwacji ostatnich lat wynika, że faktycznie dość szybkiemu topnieniu Arktyki towarzyszy przyrost czapy lodowej na Antarktydzie, szczególnie w jej wschodniej części. W 2012 r. odnotowano rekordowy zasięg pokrywy lodowej Antarktydy, przy jednoczesnym, rekordowo małym lądolodzie grenlandzkim. Jak widać ubytkowi lodu w Arktyce towarzyszy przyrost lodu na antypodach. Czy te procesy równoważą się? Trudno powiedzieć. Jednocześnie notuje się wiarygodne dane o podnoszeniu się poziomu morza. Wydaje się jednak, że jest to w większości efekt przyrostu objętości wody wskutek podniesienia jej temperatury (termalnej ekspansji oceanu).

Jak wynika z powyższego obrazka wg Cazenave (tak, to Anny) i Nerema (2004), obecnie ekspansja termiczna ma największe znaczenie. Ci sami autorzy przedstawiają również zestawienie (patrz poniżej), z którego wynika, że udział lodu grenlandzkiego i antarktycznego w zmianach poziomu morza był na początku XXI w. trudny do oszacowania.

Świeżutkie dane z tego roku pokazują trendy zmiany masy lądolodu Antarktydy i Grenlandii, które również wskazują regiony gdzie dochodzi do przyrostu masy, szczególnie we wschodniej Antarktydzie (obrazek poniżej).

Trend zmiany masy lądolodu Antarktydy (a) i Grenlandii (b). Barwy od zielonej w stronę czerwieni i bieli wskazują przyrost masy lodu. Od zieleni w stronę granatu - ubytek masy (wg Barletta et al., 2013).

Myślę, że przyjdzie nam po prostu poczekać jeszcze trochę na analizę efektów globalnego wzrostu temperatury. Być też może, że nie dożyjemy jednoznacznego opracowania i problem pozostawimy wnukom.

Źródła:
Fot. w nagłówku: Christine Zenino (CC-BY)

Barletta, V.R. et al., 2013. Scatter of mass changes estimates at basin scale for Greenland and Antarctica. The Cryospherei, 7: 1411-1432. doi:10.5194/tc-7-1411-2013
Battersby, S., 2013. Where melting ice means retreating seas. New Scientist, 2915.
Cazenave, A. & Llovel, W., 2010. Contemporary Sea Level Rise. Annual Review of Marine Science, 2: 145-173. doi: 10.1146/annurev-marine-120308-081105
Cazenave, A. & Nerem, R.S., 2004. Present-day sea level change: observations and causes. Reviews of Geophysics, 42: 2003RG000139
Church, J.A. et al., 2010. Understanding Sea-Level Rise and Variability. Blackwell Publishing Ltd.
Mitrovica, J.X. et al., 2001. Recent mass balance of polar ice sheets inferred from patterns of global sea-level change. Nature, 409: 1026-1029.

Czytaj więcej

Rosjanie potwierdzili - Vostok osiągnięty

Parę dni temu razem z redaktorami Nature zastanawialiśmy się czy rosyjskie wiercenie w stacji antarktycznej Vostok dotarło do lustra podlodowcowego jeziora Vostok (tutaj). I oto mamy potwierdzenie wcześniejszych anonsów, tym razem pochodzące nie z anonimowych źródeł, ale ze strony Arktyczno Antarktycznego Instytutu Naukowo Badawczego z Sankt Peterburga.
Komunikat datowany na 8 lutego 2012 roku stwierdza, że 5 lutego 2012 o godz. 20:25 czasu moskiewskiego członkowie 57 zespołu Rosyjskiej Ekspedycji Antarktycznej osiągnęli lustro wód jeziora podlodowcowego Vostok.
Dzień wcześniej, 4 lutego, wiercenie natrafiło na wodną soczewkę na głębokości 3766 m, która przez niektóre media została obwieszczona jako kontakt z jeziorem. W rzeczywistości, taflę jeziora osiągnięto następnego dnia, wspomnianego już 5 lutego, na głębokości 3769.3 m. Czujniki odnotowały wtedy gwałtowny skok ciśnienia. Nastąpiło coś, co wcześniej przewidywano i testowano już w 2000 r. Woda z jeziora Vostok wdarła się pod ciśnieniem do otworu wiertniczego 30-40 metrów powyżej dna otworu, wypychając specjalnie opracowaną płuczkę* o gęstości mniejszej od wody, na zewnątrz otworu.

Rosjanie twierdzą, że było tej płuczki 1500 litrów, co zabezpieczyli, a woda z jeziora Vostok, która wdarła się do otworu zamarzła na dnie odwiertu. Cała sytuacja którą napotkali w praktyce, potwierdziła co do joty wcześniejsze, teoretyczne przewidywania. 24 lutego członkowie 57 ekspedycji powrócą do Sankt Peterburga i należy oczekiwać kolejnych szczegółów. A następna odsłona wiercenia już pod koniec roku, kiedy badacze powrócą na stację Vostok.
__________________________________________
*) w oryginale napisali "drilling fluid" albo "буровая жидкость"


Źródła:

Na zdjęciu członkowie 57 ekspedycji antarktycznej tuż po dowierceniu się do tafli jeziora Vostok z tablicą upamiętniającą głębokość odwiertu.

tekst i fot. Arktyczno i Antarktyczny Instytut Naukowo-Badawczy http://www.aari.nw.ru/main.php?id=1&sub=0&prms=idnew:865

Czytaj więcej

Vostok, blisko, coraz bliżej

Wczoraj i dzisiaj (6 i 7 lutego 2012) świat obiegła ekscytująca informacja, że Rosjanie w końcu dowiercili się do podlodowcowego jeziora Vostok na Antarktydzie. Media, oczywiście podchwyciły tego newsa i zrobiło się sensacyjnie. Gazeta Wyborcza wysmażyła artykuł "Wielki przełom w nauce. Po 30 latach wiercenie naukowcy dotarli do mitycznego jeziora". Dzień wcześniej natrafiłem na tę informację na nieco bardziej naukowym forum physorg.com (tutaj).
Dotarcie do jeziora Vostok, to rzeczywiście podniecająca wizja. Szacuje się, że pod pokrywą lodu o grubości ok. 3750 m znajduje się zbiornik wodny, który jest odizolowany od reszty świata zewnętrznego od co najmniej 400 tys. lat. Samo jezioro ma tektoniczne założenia i mogło być odcięte od otoczenia przez lód 15 mln lat temu, lecz woda w jeziorze jest znacznie młodsza gdyż ulega wymianie. Podejrzewa się, że możemy tam znaleźć zupełnie nieznane formy życia, które mogły przetrwać tyle lat w  izolacji, oraz odkryć świat przypominający środowiska księżyców Saturna czy Jowisza. Niesamowita sprawa i dotarcie do takiego skarbu to na pewno wielkie wydarzenie. Ale....

Po pierwsze, nieznane jest dokładne źródło tej informacji. Physorg.com podaje, że wiadomość ogłosiła rosyjska agencja prasowa Novosti powołując się na nieznane źródła. Cudownie.. i zarazem: tylko tyle? Potem następują komentarze specjalistów, o tym jakie miałoby to kolosalne znaczenie dla nauki, ludzkości i w ogóle.
Tropem tego nieznanego źródła podążyli dociekliwi redaktorzy z Nature, którzy 7 lutego podali na swoich łamach "łagodne" dementi. Walery Łukin, szef rosyjskiego programu antarktycznego powiedział, indagowany przez żurnalistów, że jest jednak za wcześnie, żeby potwierdzić dotarcie do powierzchni jeziora (tutaj). Rosjanie podobno wciąż analizują dane pomiarowe, bo nie są pewni, czy już się dowiercili czy nie. Być może... Jeśli nie dotarli, to wiercenie będzie kontynuowane dopiero w grudniu, pod koniec tego roku. 8 lutego baza pustoszeje i dzielni wiertacze płyną do kraju. Jak widać, news GW mógł być zdecydowanie przedwczesny.
Patrzyłem jeszcze na głębokość otworu podaną przez Nature i physorg.com i ta też się różni (3750 vs. 3768 m). Samo wiercenie ruszyło w 1989 roku, a obecność podlodowcowego jeziora potwierdzono w 1996 r. Już teraz rdzenie lodowe z wiercenia są niezastąpionym źródłem informacji o zmianach klimatu w ciągu ostatnich kilkuset tysięcy lat.

Ideogram (takie słowo mi się przyplątało) wiercenia Vostok (źródło: Nature)

Dlaczego tak ważne jest precyzyjne określenie poziomu powierzchni tafli jeziora Vostok?
Otóż gdyby rozpędzone wiertło wpadło do wody, naniosłoby tam ze sobą zanieczyszczenia, bezpowrotnie niszcząc pierwotny charakter jeziora. A przecież nie po to tam wiercą.
Metody wiercenia Rosjan są kontrowersyjne, właśnie ze względu na możliwość zanieczyszczenia wody jeziora. Na Vostoku stosowane są oleje parafinowe zapobiegające zamarzaniu przewodu wiertniczego i gdyby dostały się do jeziora, cały trud wiercenia pójdzie na marne.

Ideogram wiercenia Lake Ellsworth
(rys. Olivia Solon, Wired UK)

Podlodowcowych jezior na Antarktydzie jest grubo ponad 100, jednak Vostok jest największe. W sam raz na rosyjski rozmach, 250 km długości i 50 km szerokości. Wiercenie Vostok, nie jest jedynym, jakie przebija czapę lodową Antarktydy, by dotrzeć do jeziora. W zachodniej Antarktydzie Brytyjczycy próbują dotrzeć do jeziora Ellsworth. Jezioro jest młodsze od Vostoka, ma nieco ponad 120 tys lat. Stosują tam jednak gorącą wodę zamiast parafin, a końcowym fragmencie, chcą wpuścić do jeziora sondę zawieszoną na podgrzewanym przewodzie. Wszystko to by nie dopuścić do zanieczyszczenia. Końcowy etap i dotarcie do tafli jeziora Ellswortha rusza w listopadzie 2012 i zakończy się za rok, w styczniu 2013 r. (np. tutaj).

Dziwna zbieżność celów, dat, narodów przypomina mi filmy z agentem 007 i być może pomysł z newsem został stamtąd wzięty, żeby osłabić zapał poddanych HM? Ale przynajmniej wiemy na czyich usługach jest GW ;) A skąd im się to 30 lat wzięło?

ps. Przeczytałem właśnie "kosmiczną" notkę w onet.pl o jakiejś bazie U-botów z czasów II wojny światowej! Nie napisałem w poście, że istotnym problemem może być ciśnienie pod jakim znajduje się woda w jeziorze. Istnieje obawa, że "odkorkowanie" jeziora może spowodować eksplozję zgromadzonych tam klatratów. 


pps. New Scientist (tutaj) donosi, że za dwa pojawi się oficjalny komunikat (9 lutego). 


[Edit] Dalsza część przygód rosyjskiej ekspedycji w poście tutaj
________________________________
fot. w nagłówku: NASA Public Domain

Czytaj więcej

Następna Pangea

Trzęsienia Ziemi, wybuchy wulkanów stale przypominają nam, że nasza planeta żyje. To wewnętrzne, burzliwe życie nieodmiennie prowadzi do przemieszczania się skorupy kontynentalnej, do ruchu kontynentów. Dokładne pomiary tempa przemieszczania się kontynentów pokazały, że w niektórych przypadkach prędkość może dochodzić nawet do 20 cm/rok. Takie tempo osiąga przyrost skorupy oceanicznej na południowym Pacyfiku. Łatwo sobie wyliczyć, że w ciągu ostatnich 100 lat dwa punkty w tamtym regionie oddaliły się od siebie o 20 metrów.
Nie wszędzie jednak jest tak drastycznie, np. Ameryka Północna odjechała od Europy od czasu I wojny światowej tylko ok. 2 m. Jeśli ktoś chce się naocznie przekonać czy tak jest, może się wybrać na Islandię, która leży dokładnie na środku grzbietu śródatlantyckiego i lewa strona Islandii ciągnie w stronę Ameryki, a prawa w stronę Europy. Są tam rozpadliny, które stale się powiększają, gdzie po jednej stronie mamy Amerykę a po drugiej Europę. Tam można zobaczyć wspomniane, 2m szczeliny powstałe w ciągu ostatnich 100 lat.
Wnioski płynące z powyższego wydają się oczywiste: konfiguracja lądów zmienia się w czasie. Na podstawie wielu wskazówek: paleontologicznych, sedymentologicznych i paleomagnetycznych udało nam się zrekonstruować pozycję lądów w minionych epokach geologicznych. Kontynenty, które wtedy istniały uzyskały swoje nazwy. Do najważniejszych kontynentów, które kiedyś były na Ziemi należą m.in. Gondwana obejmująca dzisiejsze kontynenty południowe (Amerykę Pd., Australię, Antarktydę, Afrykę i płw. indyjski) oraz Pangea. Pangea nazywana jest superkontynentem bo składała się z wszystkich ówczesnych płyt kontynentalnych połączonych razem. Tak działo się w permie, czyli ponad 250 mln lat temu.
Po rozwikłaniu zagadki konfiguracji minionych lądów, nadeszła pora na próby przedstawienia wyglądu Ziemi w przyszłości.

Czytaj więcej

Antarktyda w ruchu

fot. NASA

Parę dni temu NASA opublikowała pierwszą, kompletną mapę tempa przemieszczania się lądolodu antarktycznego. Mapa powstała na podstawie zdjęć satelitarnych w kooperacji NASA m.in. z Europejską Agencją Kosmiczną (ESA - European Space Agency). Nie jest zaskoczeniem chyba dla nikogo, że najszybciej przesuwa się brzeżna część lodowców szelfowych, np. lodowca szelfowego Rossa w zachodniej Antarktydzie. Z mapy wynika, że w tym rejonie lodowiec płynie z szybkością ponad 1 km rocznie. Najwolniejsze partie obejmują oczywiście miejsca gdzie pokrywa lodowa jest najgrubsza, czyli wschodnią część Antarktydy, rejony stacji polarnej Wostok, gdzie lód przesuwa się z prędkością poniżej 1.5 m rocznie.

Czytaj więcej