Мы знаем это из основ физики. Когда вода нагревается, она расширяется. Поэтому, когда океан нагревается, уровень моря повышается. Когда лед подвергается воздействию тепла, он тает.
А когда лед на суше тает и вода стекает в океан, уровень моря повышается.На протяжении тысячелетий уровень моря оставался относительно стабильным, и человеческие сообщества селились вдоль побережья планеты. Но теперь моря на Земле поднимаются. В глобальном масштабе уровень моря поднялся примерно на восемь дюймов (20 сантиметров) с начала 20 века и более чем на два дюйма (5 сантиметров) только за последние 20 лет.
Все признаки указывают на то, что этот рост ускоряется.В то время как НАСА и другие агентства продолжают следить за потеплением океана и изменениями на суше планеты, наибольшую озабоченность вызывает то, что произойдет с древними ледяными щитами, покрывающими Гренландию и Антарктиду, которые продолжают рассылать предупреждения о влиянии потепления на планету. их стабильность.«Учитывая то, что мы знаем сейчас о том, как расширяется океан по мере того, как он нагревается, и как ледяные щиты и ледники добавляют воду в моря, вполне очевидно, что мы заблокированы как минимум на 3 фута [0,9 метра] повышения уровня моря», — сказал Стив Нерем из Университета Колорадо в Боулдере и руководитель группы по изменению уровня моря. «Но мы не знаем, произойдет ли это через 100 или 200 лет».
Хотя расширение более теплых океанических вод и тектоническое движение суши играют ключевую роль как в глобальных, так и в локальных изменениях уровня моря, судьба полярных ледяных щитов в наибольшей степени будет определять, насколько сильно изменится береговая линия в ближайшие десятилетия.«Из палеоклиматических данных мы видели, что повышение уровня моря на 10 футов [3 метра] за столетие или два возможно, если ледяные щиты быстро развалятся», — сказал Том Вагнер, научный сотрудник НАСА по программе криосферы. Штаб-квартира в Вашингтоне. «Мы видим доказательства того, что ледяные щиты просыпаются, но нам нужно лучше понять их, прежде чем мы сможем сказать, что мы находимся в новой эре быстрой потери льда».
В поисках уровняНАСА регистрирует высоту поверхности океана из космоса с 1992 года. В том же году НАСА и французское космическое агентство CNES запустили первый из серии космических высотомеров, которые с тех пор производят непрерывные измерения.
Первый инструмент, Topex / Poseidon, и его последователи, Jason-1 и Jason-2, зафиксировали повышение уровня моря примерно на 2,9 дюйма (7,4 сантиметра), в среднем по земному шару.В 21 веке две новые системы зондирования оказались бесценным дополнением к данным спутниковой альтиметрии. В 2002 году НАСА и Немецкое космическое агентство запустили спутники-близнецы Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE). Они измеряют движение массы и, следовательно, гравитации вокруг Земли каждые 30 дней.
Земные массы Земли очень мало двигаются за месяц, но ее водные массы движутся посредством таяния, испарения, осаждения и других процессов. GRACE записывает эти движения воды вокруг земного шара. Другая новая система — это многонациональная система Argo, сеть из более чем 3000 плавучих океанских датчиков, разбросанных по всему открытому океану.«Для изучения повышения уровня моря большой тройкой являются серии Джейсона, ГРЕЙС и Арго», — сказал океанограф Джош Уиллис из Лаборатории реактивного движения НАСА, Пасадена, Калифорния, научный сотрудник проекта для предстоящей миссии по альтиметрии «Джейсон-3».
Наблюдения серии Джейсона произвели революцию в понимании учеными современного повышения уровня моря и его причин. Мы знаем, что сегодняшнее повышение уровня моря примерно на одну треть является результатом потепления существующей океанской воды, а остальное — за счет таяния наземного льда.И это точно показало, что море, конечно, неровно.
Он варьируется от места к месту до шести футов (двух метров). И поднимается он неравномерно, как ванна, наполненная водой. В настоящее время региональные различия в повышении уровня моря определяются влиянием океанских течений и природных циклов, таких как феномен Эль-Ниньо в Тихом океане и Тихоокеанская декадная осцилляция. По мере того, как ледяные щиты продолжают таять, ученые прогнозируют, что их талая вода превзойдет естественные причины как наиболее значительный источник региональных изменений и самый значительный вклад в общее повышение уровня моря.
Или, как выразился Уиллис: «Ты еще ничего не видел».Наблюдая за таянием льдаНе так давно, в начале 1990-х, ученые не могли определить, растет ли полярный ледяной покров, сокращается или находится в равновесии. Спутниковые и воздушные миссии, дополненные полевыми измерениями, не только дали ответ на этот вопрос, но и предоставили ученым средства для определения механизмов, способствующих росту и сокращению полярных льдов.
Эти достижения в наблюдении за замерзшими регионами мира позволили ученым точно оценить ежегодные потери льда в Гренландии и Антарктиде только за последнее десятилетие. Теперь мы знаем не только, насколько изменился уровень моря — по данным спутниковых измерений за последние 23 года, — но мы также можем определить, насколько повышение уровня моря вызвано исчезновением льда на суше.В дополнение к запуску спутников GRACE в 2002 году НАСА также развернуло с 2003 по 2009 год спутник «Ледяное облако» и спутник высотной отметки (ICESat) для картирования изменений высоты полярных ледяных щитов с помощью лазерных импульсов. Другие космические агентства использовали радиолокационные приборы для измерения скорости ледников, а также топографии поверхности, например, спутник CryoSat-2 Европейского космического агентства.
Авиационные миссии, такие как операция NASA IceBridge, дополняют эти измерения инструментами, которые отображают топографию коренных пород подо льдом, определяют толщину льда и характеризуют его внутренние слои, а также определяют глубину залегающего над ним снега. Сочетание этих относительно недавних — и беспрецедентных — измерений с долгосрочными спутниковыми записями и повторным анализом региональных климатических данных позволяет продлить регистрацию баланса массы ледникового покрова до более чем 40 лет.Несколько исследований показали, что различные методы дистанционного зондирования для изучения баланса массы ледяного покрова хорошо согласуются друг с другом.
Рекорд GRACE, охватывающий более десяти лет, показывает, что таяние льда ускоряется в Гренландии и Западной Антарктиде. Гренландия сбрасывает в среднем 303 гигатонны льда ежегодно с 2004 года, в то время как Антарктида теряет в среднем 118 гигатонн льда в год, причем большая часть потерь приходится на Западную Антарктиду.
С 2004 года потеря льда в Гренландии ускоряется на 31 гигатонн в год каждый год, в то время как в Западной Антарктиде происходит ускорение потери массы льда на 28 гигатонн в год.Согревающий северЛедяной щит Гренландии, охватывающий 660 000 квадратных миль (1,7 миллиона квадратных километров) — площадь почти такой же большой, как Аляска — и с толщиной в самой высокой точке почти 2 мили (3 километра), может поднять планету. океаны более чем на 20 футов (6 метров). Расположенная в Арктике, которая нагревается вдвое быстрее, чем остальная часть планеты, Гренландия вышла из равновесия в 1990-х годах, и теперь летом она сбрасывает больше льда, чем восстанавливает зимой.
«В Гренландии одновременно стало теплее все: воздух, поверхность океана, глубины океана», — сказал Ян Джоуин, гляциолог из Вашингтонского университета в Сиэтле. «Мы действительно не понимаем, какая часть потепления оказывает наибольшее влияние на ледники».Что ученые действительно знают, так это то, что повышение температуры в Арктике и потемнение поверхности ледникового щита Гренландии вызывают такое сильное таяние летом, что теперь оно является доминирующим фактором, влияющим на вклад Гренландии в повышение уровня моря.Сезон летнего таяния в Гренландии сейчас длится на 70 дней дольше, чем в начале 1970-х годов.
Каждое лето более высокие температуры воздуха вызывают таяние около половины поверхности ледяного покрова — хотя недавно в 2012 году произошло экстремальное событие, когда 97% ледяного щита таяли в его верхнем слое.Увеличились и ледники Гренландии.
Хотя многие ледники на юго-востоке, западе и северо-западе острова, которые быстро истончились с 2000 по 2006 год, сейчас замедлились, другие — нет. Исследование, проведенное в прошлом году, показало, что ледяной поток на северо-востоке Гренландии увеличил скорость потери льда из-за регионального потепления.«В начале 2000-х годов открылись некоторые важные вещи, например, когда мы увидели самый быстрый из известных нам ледников, ледяной поток Якобсхавн в Гренландии, скорость которого увеличилась вдвое», — сказал Валид Абдалати, директор Совместного института исследований в области наук об окружающей среде. , Боулдер, Колорадо, и бывший главный научный сотрудник НАСА. «Последующим сюрпризом стало то, что эти изменения могут сохраниться в течение десятилетия — Якобсхавн все еще идет быстро».По словам Эрика Ригно, гляциолога, чтобы ответить на вопросы о том, как эти ледники будут вести себя, насколько они будут способствовать повышению уровня моря и как быстро произойдут эти изменения, ученым нужны более точные данные о батиметрии или географии дна океана, окружающего Гренландию. с JPL и Калифорнийским университетом в Ирвине.
«Батиметрия имеет решающее значение для понимания того, как океанские воды циркулируют вокруг Гренландии, для прогнозов и для понимания того, что мы наблюдали в последние несколько десятилетий», — сказал Ригно.Начиная с развертывания исследовательских буев в водах вокруг Гренландии этим летом, НАСА приступает к трехлетней воздушной и морской кампании, чтобы ответить именно на эти вопросы. OMG, «Таяние океанов в Гренландии», стремится понять роль океанских течений и температуры океана в таянии льдов Гренландии снизу — и, следовательно, лучше предсказать скорость, с которой ледяной щит поднимет уровень моря.Изменения на южном конце света
Антарктический ледяной щит покрывает почти 5,4 миллиона квадратных миль (14 миллионов квадратных километров), площадь больше, чем Соединенные Штаты и Индия вместе взятые, и содержит достаточно льда, чтобы поднять уровень океана примерно на 190 футов (58 метров). Трансантарктические горы разделяют Антарктиду на два основных региона: Западную Антарктиду и гораздо более крупную Восточную Антарктиду.Хотя вклад Антарктиды в повышение уровня моря по-прежнему составляет менее 0,02 дюйма (0,5 миллиметра) в год, несколько событий за последние полтора десятилетия побудили экспертов начать предупреждать о возможности более быстрых изменений в предстоящем столетии.
Горный рог континента, Антарктический полуостров, дал одно из первых предупреждений о воздействии меняющегося климата на Антарктиду, когда потепление воздуха и температуры океана привело к резкому быстрому разрушению шельфового ледника Ларсен-Б в 2002 году. в месяц исчезло 1250 квадратных миль (3240 квадратных километров) плавающего льда, который оставался стабильным более 10 000 лет. В последующие годы другие шельфовые ледники на полуострове, включая последний остаток ледника Ларсен B, рухнули, ускоряясь в потоке ледников, которые они поддерживали.
В 2014 году Западная Антарктида привлекла внимание, когда два исследования, посвященные ускорению ледников в секторе моря Амундсена, показали, что ее обрушение происходит, и что остальная часть Западной Антарктиды последует за ней. Хотя в одном из исследований говорилось, что гибель может занять от 200 до 1000 лет, в зависимости от того, насколько быстро нагревается океан, оба исследования пришли к выводу, что обрушение невозможно остановить и в сумме это приведет к повышению уровня моря на 12 футов (4 метра).
Для Западно-Антарктического ледяного щита, который в значительной степени лежит на дне, лежащем ниже уровня моря, основной причиной потери льда является океан. Воды Южного океана слоистые: сверху и снизу температуры холодные, но средний слой теплый.
Западные ветры, которые вращают океанские воды вокруг Антарктиды, усилились за последнее десятилетие, отталкивая холодный верхний слой от суши. Это позволяет более теплым, более глубоким водам подниматься и перетекать через границу континентального шельфа, возвращаясь к основанию многих шельфовых ледников.
По мере того как шельфовые ледники ослабевают снизу, ледники за ними ускоряются.Массивный ледяной щит Восточной Антарктиды, такой же обширный, как нижняя часть континентальной части США, остается главным неизвестным в прогнозах повышения уровня моря.
Хотя он кажется стабильным, недавнее исследование ледника Тоттен, самого большого и наиболее быстро истощающегося ледника Восточной Антарктиды, указывает на обратное. В ходе исследования были обнаружены две глубокие впадины, которые могут привести теплую океанскую воду к основанию ледника и растопить ее аналогично тому, как это происходит с ледниками в Западной Антарктиде. Другие сектора, расположенные ниже уровня моря, такие как шельфовый ледник Кука, ледники Ниннис, Мерц и Фрост, также теряют массу.«Среди специалистов преобладала точка зрения, согласно которой Восточная Антарктида стабильна, но я не думаю, что мы действительно знаем», — сказал Ригно. «Некоторые из признаков, которые мы видим в спутниковых данных прямо сейчас, являются своего рода красными флажками того, что эти ледники могут быть не такими стабильными, как мы когда-то думали.
СМИ всегда уделяют много внимания изменениям, которые мы видим сейчас, но для ученых нашим приоритетом остается то, какие изменения могут быть завтра ».С другой стороны, погодные модели и повторный анализ данных климатических моделей показали, что наблюдается увеличение количества снегопадов вдоль береговой линии Земли Дроннинг Мод, что может противодействовать потере льда в Восточной Антарктиде. Но это может быть временным сдвигом — ученые не могут сказать, потому что получить точные полевые измерения снега в Антарктиде чрезвычайно сложно.
Метеостанций мало, и они могут не обеспечивать репрезентативные измерения, потому что снегопады в Антарктиде распределяются неравномерно; сильные стоковые ветры вытирают одни районы и вызывают скопление снега в других. А показания спутников еще недостаточно точны, чтобы обнаружить небольшие изменения накопления, которые представляли бы разницу в гигатонны массы при распространении по огромной поверхности Восточной Антарктиды.Как и в случае с Гренландией, исследователям, также работающим в Антарктиде, нужны более точные данные о батиметрии Южного океана и путях, по которым теплые воды могут пройти, чтобы достичь льда.
По словам Теда Скамбоса, ведущего ученого Национального центра данных по снегу и льду в Боулдере, такие данные, а также данные о накоплении снега и другие данные об океане невозможно получить дистанционно с достаточной точностью.«Мы так много узнали со спутников, что последние 20 лет бороздили волну нового понимания», — сказал Скамбос. «Но теперь, чтобы пойти дальше, мы должны попытаться доставить инструменты на землю, сохранив при этом нашу способность с помощью бортовых и спутниковых миссий наблюдать за ледяным покровом с глобальной точки зрения».