Hvorfor smelter isbreer fra bunnen? Det er komplisert


Getty Images Isbreer i Grønland og Antarktis mister isen i alarmerende priser, og varmere luft er ikke den eneste årsaken. Forskere er enige om at varmt havvann siver under isen og smelter det fra bunnen av. Det er et voksende problem i Grønland, sier forskere, og det kan allerede være den dominerende sjåføren til smeltende isbreer i Antarktis. Men

Getty Images

Isbreer i Grønland og Antarktis mister isen i alarmerende priser, og varmere luft er ikke den eneste årsaken.

Forskere er enige om at varmt havvann siver under isen og smelter det fra bunnen av.

Det er et voksende problem i Grønland, sier forskere, og det kan allerede være den dominerende sjåføren til smeltende isbreer i Antarktis. Men mens forskere vet at varmt vann samhandler med isfronten på begge steder, akkurat hva driver det der - og hvordan klimaendringer kan være involvert - er fortsatt et åpent spørsmål.

Forskere er enige om at det ikke bare er oppvarming av havene som helhet, som driver prosessen. I stedet bidrar komplekse systemer med vind og sirkulasjonsmønstre til å drive naturlig oppvarmet varmt vann nærmere iskanten. Nå jobber forskere for å finne ut nøyaktig hvorfor det skjer, om klimaendringene spiller en rolle, og hva som kan være i butikken for fremtiden til verdens største isark.

Tro på Sørpolen

Slående ny forskning som ble publisert i forrige uke i Nature Geoscience har igjen reist alarmen om smelting av Antarktis og havets økende innflytelse. Et ambisiøst kartleggingsprosjekt viser at isbreer over hele Antarktis-kysten, og særlig i Vest-Antarktis, trekker seg inn i landet ( Climatewire, 4. april).

Forskere er allerede enige om at isbreenes tilbaketrekning i Antarktis i stor grad drives av varmt vann som siver under isen. Prosessen har blitt demonstrert av flere studier de siste årene. Når isen smelter, blir punktet der det festes til grunnfjellet på bunnen av havet (kjent som "jordingslinjen") tilbaketrukket innlandet, noe som kan føre til at isbreene blir mindre stabile og taper mer is over tid.

Studien viser bare omfanget av istapene og dykker ikke inn i de nøyaktige mekanismene som kjører den. Men ved å markere mengden skader som faktisk oppstår - kartene antyder at Antarktis mister rundt 80 kvadratkilometer jordet isområde hvert år - det reiser igjen spørsmålet om hva som kjører alt det varme vannet. Bestemme nøyaktig hvor den kommer fra, og hvordan dens innflytelse kan forandres i de kommende tiårene, er en kritisk måte forskere kan forbedre sine spådommer om istap og havnivåforhøyelse for fremtiden.

I et intervju med E & E News om forskningen i forrige uke bemerket lederstudieforfatter Hannes Konrad ved University of Leeds at prosessen sannsynligvis har mindre å gjøre med gradvis klimadrevet oppvarming av havet enn med bestemte fysiske prosesser som kjører naturlig forekommende varmt vann til isfronten.

"Det er heller at varmt vann på en eller annen måte pumpes mot disse isbreene i hendelser, eller i enkelte episoder, og driver dem til retrett, " sa han. "Men spørsmålet er, hvorfor kommer dette varme havvannet fra tid til annen under ishyllen?"

I økende grad tror forskere at vindene rundt Antarktis er en stor del av svaret. Disse vindene kan bidra til å drive strømmen av naturlig oppvarmet varmt vann rundt kontinentet, og under de rette forholdene skyver det nærmere issiden.

Mye av det varme vannet som påvirker det arktiske arket Antarktis antas å tilhøre en stor, naturlig forekommende varm masse kjent som "sirkumpolært dypt vann". Opprinnelig dannet ved blanding av vann som kommer fra andre varmere deler av kloden, sirkumpolar dypt vann er nå en fixtur i Sørhavet.

Denne vannmassen er veldig salt og tett, noe som fører til at den synker under det kaldere, mindre tette vannet nærmere overflaten av Sørhavet. Det kan finnes rundt omkretsen av Antarktis, typisk på en dybde på rundt 1600 fot under overflaten, ifølge University of Washington isbre ekspert Eric Steig. Det er dette sirkumpolare dypvannet som antas å være å kjøre isbre smelter rundt kontinentet.

"Selv om sirkulært dypvann sannsynligvis har oppvarmet seg om en tiendedel av graden de siste tiårene, er denne oppvarmingen sannsynligvis ikke årsaken til de observerte endringene i isbreene, sier Steig i en e-post til E & E News. "Det som er langt viktigere er om det allerede varme vannet kommer til isbreen, under de flytende ishyllene."

Flere studier i de siste årene har antydet at endringer i vindmønstre rundt Antarktis kan forandre havstrømmene som driver bevegelsen til dette varme bunnvannet, noe som noen ganger forårsaker mer av det å gå godt opp i isen enn det som er vanlig.

Noen av disse studiene indikerer at midlertidige endringer i disse vindmønstrene kan være sterkt knyttet til skiftet mellom El Niño og La Niña. El Niño og La Niña-hendelser forårsaker varme- og kjøleeffekter i forskjellige deler av Stillehavet, og disse varmeoverføringene kan i sin tur midlertidig endre visse atmosfæriske sirkulasjonsmønstre i tropene, som har ripplende effekter på vinden så langt sør som Antarktis.

Et papir publisert tidligere i år i Nature Geoscience foreslo for eksempel at El Niño årene er forbundet med høyere snøfall, men også høyere bunnsmelt i Vest-Antarktis, sannsynligvis knyttet til relaterte endringer i vindmønstre. Andre studier i de siste årene har kommet til lignende konklusjoner om El Niño-relaterte økninger i smeltraten i Antarktis.

En 2014-papir i Science viste derimot at en sterk La Niña-begivenhet i 2012 kan ha hatt motsatt effekt, slik at kjøligere vann gir større tilgang til isen og bidrar til å redusere smeltehastighetene.

Og det er ikke bare Vest-Antarktis som er sårbart for endringer i vindmønstre. Nylig forskning tyder på at vindene rundt Antarktis bidrar til å drive bunnsmelting på Tottenbreen i Øst-Antarktis, og en massiv isbreen noen ganger referert til som Antarktis "sovende gigant".

En novemberstudie publisert i Science Advances tyder på at Totts isttap pleier å være størst når nærliggende Antarktisvindene oppfører seg på spesielle måter, og bidrar til å svekke kaldt overflatevann til side og la varmere bunnvann komme seg godt og sive under ishyllen.

Lenker til klimaendringer

Vindene varierer naturlig fra ett år til det neste i en viss grad. Og El Niño og La Niña-hendelsene som kan drive midlertidige endringer i smeltehastighetene i Vest-Antarktis, er også naturlige fenomener. Men Chad Greene, et universitet i Texas, Austin, isbreeksekspert som ledet den siste Totten-studien, bemerker at klimaendringer også antas å påvirke vindmønstre i Antarktis.

Rundt Tottenbreen, bemerker han, noen modeller tyder på at vindene som kjører visse store havstrømmer som sirkulerer rundt Antarktis, vil bli mer intense etter hvert som klimaet varmer og presser disse strømmene lenger sør. Hvis dette skjer, kan disse strømmene bidra til å kjøre kaldt overflatevann bort fra stangen og det varme bunnvannet nærmere issiden.

I fastmeltende Vest-Antarktis bemerket han at vindmønstre kan være sterkere knyttet til endringer i tropene. Den sterke koblingen til El Niño antyder at havtemperaturer i Stillehavet generelt kan være en betydelig drivkraft for vind og smeltehastigheter rundt denne delen av isen. Dette betyr at langsiktig klima-drevet oppvarming i Stillehavet også kan få en gradvis effekt på forholdene som påvirker isbrennsmelten.

Ifølge Eric Rignot, en isbreeksekspert ved University of California, Irvine, er en viktig faktor i denne prosessen at tropene varmes opp raskere enn Sørpolen. (Det motsatte gjelder for Arktis, som varmes raskere enn noen annen del av planeten.) Denne forskjellen i oppvarmingshastigheter medfører en endring i temperaturgradienten mellom ekvator og antarktis, som forandrer måten luften flyter over hele kloden.

Som et resultat, sa han, at noen undersøkelser forutsier at øststrømmende vindstrømmer kan styrke og presse sør mot Antarktis, noe som resulterer i "mer transport av underjordisk havvarme mot kontinentet."

Ifølge Steig opplever Stillehavet allerede noen endringer som kan føre til de siste økene i varmtvann oppe rundt Antarktis. For eksempel bemerket han at forskere har observert en langsiktig oppvarmingstendens i det vestlige Stillehavet og en fersk kjøletrend i Øst-Stillehavet. I tillegg har regionene i Stillehavet sterkt påvirket av El Niño nylig begynt å skifte.

Men for øyeblikket la han til at den direkte forbindelsen til klimaendringene fortsatt er "kompleks" og henger i hvilken grad de observerte endringene i Stillehavet - som igjen påvirker Antarktis - drives av menneskeskapt global oppvarming.

"Dette er et aktivt studieområde, men så langt er juryen ute på dette, " sa han.

Hvis disse prosessene ikke er kompliserte nok allerede, bemerket Rignot at faktorene som påvirker varmtvannsinnbrudd i Grønland, er helt forskjellige fra Antarktis. Fordi arktikken oppvarmer seg raskere enn andre deler av verden, tyder noen undersøkelser på at visse polare vindmønstre også endres. Resultatene kan varieres - noen ganger kan de sende kald polar luftstrømmen sydover til Europa eller østkysten av Nord-Amerika.

Men "på andre steder, som Grønland, bringer det tropiske farvann og varme luftmasser lenger nord enn det pleide, " bemerket Rignot.

Når det er sagt, er klimaendrevne endringer i polare vindmønstre fortsatt noe av et varmt tema blant klimaforskere, som fremdeles arbeider for å forstå nøyaktig hvordan den raskt oppvarmede arktikken kan påvirke luft- og sjøcirkulasjonsmønstre andre steder rundt om i verden. Og det er også andre utfordringer når det gjelder å forstå både Grønland og Antarktisisene.

Å samle feltdata på havtemperaturer på kanten av isarkene er en utfordring i seg selv, bemerket Rignot, spesielt i fjerntliggende Antarktis. Forskere arbeider også for å forbedre havsirkulasjonsmodellene de bruker for å forutsi hvordan klimaendringer vil påvirke disse prosessene.

"Men jeg er sikker på at det kommer til å endres, " la han til. "Disse modellene kommer med; det er mye mer samordnet innsats for å takle disse problemene. "

Det er i stor grad fordi is-hav-interaksjoner har blitt en så viktig del av klimavidenskapernes spådommer om isbortfall og havnivåstigning. Spesielt i Antarktis er sjødrevet smelting antatt å være den dominerende sjåføren til isttap. Fordi Antarktis for tiden ikke varmes opp så fort som andre deler av verden - og absolutt ikke så fort som den arktiske overflaten smelter på toppen av isen, er mindre et øyeblikkelig problem (selv om det ved fortsatt oppvarming kan det sikkert bli en større faktor).

Ved rask oppvarming av Grønland kommer hovedparten av isttap fortsatt fra overflatesmelte, sannsynligvis drevet av stigende lufttemperaturer. Men havdrevet isbreamsmelting antas å være en voksende sjåfør og kan forveksle de tapene som oppstår av oppvarmningsatmosfæren.

På begge steder forblir virkningen av varmt vann et innviklet forskningsområde, langt mer komplisert enn det som kan forklares bort av den samlede oppvarmingen av havene alene. Forstå hvor vannet kommer fra og hvorfor, og til og med de naturlige prosessene som kjører det til iskanten, er komplisert nok. Og forskere arbeider fortsatt for å fastslå i hvilken grad menneskeskapte klimaendringer allerede har påvirket disse prosessene og hvordan de kan forandres i fremtiden.

Men forskere har allerede gjort betydelige fremskritt de siste årene, da problemet har kommet til forkant av forskernes oppmerksomhet, sa Rignot. Og han tror at den voksende interessen vil fortsette å fremme vitenskapen raskt.

"Jeg tror vi skal gjøre mye fremgang i de kommende årene, " sa han.

Reprinted from Climatewire med tillatelse fra E & E News. E & E gir daglig dekning av viktige energi- og miljønyheter på www.eenews.net.