Antarktyda. Epizod IV - Nowa nadzieja

Opublikowana ostatnio w Journal of Glaciology analiza (Zwally i in., 2015, komentarz na stronie NASA), według której lądolód Antarktydy przybiera na masie 135 miliardów ton rocznie, wywołała serię komentarzy w mediach. Pojawiły się m.in. takie stwierdzenia:

Ustalenia NASA zadają poważny cios wyznawcom teorii globalnego ocieplenia. Zespół naukowców odkrył bowiem, że masa lodu na Antarktydzie nie maleje, lecz stale rośnie. (Interia)

NASA przygotowała prawdziwy cios dla wyznawców religii globalnego ocieplenia. Zespół naukowców odkrył, że masa lodu na Antarktydzie stale rośnie, a nie maleje, jak sugerują zwolennicy opodatkowania dwutlenku węgla. Okazało się, że upadł jeden z podstawowych aksjomatów zwolenników teorii globalnego ocieplenia. (Wolnemedia)

Jak to więc jest? Co właściwie pokazały wyniki badania? Jak mają się one do innych pomiarów, które w większości pokazywały utratę masy przez lądolód? Co to oznacza dla jego stabilności, prognoz wzrostu poziomu morza i wreszcie samej realności globalnego ocieplenia?

Antarktyda

 Rysunek 1. Krajobraz Antarktydy. Zdjęcie: Achimhb, Dreamstime.com

I. Mroczne widmo krąży nad lądolodem

Przypomnijmy w skrócie, jak „działa” lądolód. Wbrew pozorom, nie jest to statyczna bryła lodu spoczywająca na skalnym podłożu. Z roku na rok na powierzchni lądolodu odkładają się kolejne warstwy śniegu, z czasem zamieniającego się w lód. Sumaryczny ciężar warstw na powierzchni powoduje, że lód w głębi zmienia swoje własności i staje się plastyczny. W miarę jak wywierane na niego ciśnienie rośnie, rozpływa się na boki (podobnie jak dzieje się z kulą ciasta, gdy przyciśniemy ją ręką do stolnicy).

 Lądolód mechanizmy

Rysunek 2. Uproszczony schemat lądolodu: w centrum trwa akumulacja śniegu, lód „rozpływa się” w stronę obrzeży. W strefie lodowców szelfowych zachodzi topnienie lodu odrywanie się gór lodowych.

W głębi kontynentu jest tak zimno, że nawet wzrost temperatury o kilka stopni nie zmieni faktu, że całość opadów będzie od razu zamarzać i powodować przyrost lądolodu. Ponadto zwiększenie parowania z powierzchni ocieplających się oceanów powoduje zwiększenie opadów, co wręcz sprzyja narastaniu lądolodu. Z drugiej strony mamy do czynienia z topnieniem lodowców na obrzeżach kontynentu. Szczególnie dotyczy to Półwyspu Antarktycznego oraz spoczywających na dnie oceanicznym i podmywanych przez wody oceanów lodowców szelfowych Antarktydy Zachodniej, które ulegają coraz szybszej destrukcji.

Rezultatem tych „konkurencyjnych” zjawisk są stosunkowo niewielkie sumaryczne zmiany masy lądolodu. W V raporcie IPCC oszacowano, że lądolód Antarktydy w okresie 2002-2011 tracił średnio 147 mld ton rocznie (Gt/rok), przekładając się na wkład do wzrostu światowego poziomu morza równy 0,27 mm rocznie (co odpowiada ok. 8% tempa jego wzrostu, wynoszącego obecnie 3,2 mm rocznie).

II. Atak altymetrów

Ale wróćmy do ogłoszonych ostatnio badań NASA. Naukowcy pod kierownictwem Jaya Zwally’ego przeanalizowali zmiany grubości lądolodu na Antarktydzie w okresie 1992-2008.

Rysunek 3. Mapa Antarktydy i jej regionów: Półwyspu Antarktycznego (AP, kolor zielony), Antarktydy Zachodniej (WA, kolor niebieski) oraz Antarktydy Wschodniej (kolor czerwony). Numery definiują określone regiony. Zwally i in., 2015.

Skorzystali przy tym z danych zbieranych przez altymetry satelitarne, czyli czułe instrumenty mierzące zmiany wysokości powierzchni z użyciem radarów lub lidarów (laserowy odpowiednik radaru). Posłużyli się danymi zbieranymi przez dwa satelity – wyposażonego w altymetr radarowy europejskiego ERS (European Remote Sensing, 1992-2001) oraz amerykańskiego ICESat (Ice, Cloud, and land Elevation Satellite, 2003-2008) z zamontowanym na pokładzie lidarem. Podstawowymi produktami ich analizy były zmiany wysokości lądolodu pokazane na rysunku 4.

 

Rysunek 4. Zmiana wysokości powierzchni lądolodu na Antarktydzie w latach 1992-2001 (a) i 2003-2008 (b). Kolory niebieskie, zielone i szare oznaczają obniżanie się powierzchni lądolodu a pomarańczowe, czerwone i fioletowe – jej podnoszenie się. Zmiany przedstawiono w przeliczeniu na 100 km2.Zwally i in., 2015.

Naukowcy założyli, że w miejscach, w których wzrosła wysokość powierzchni lądolodu, odłożyła się odpowiednio duża warstwa świeżego śniegu z opadów. Przeliczenie grubości tej warstwy na masę nie było jednak proste – ekipa Jaya Zwally’ego posłużyła się dodatkowo danymi meteorologicznymi dla ustalenia przebiegu temperatur i opadów z miesiąca na miesiąc (to istotne, bo śnieg, który początkowo ma postać lekkiego puchu, z czasem zmienia swoją postać, jak opisano to w Glacjoblogii). Uwzględniono także zjawiska takie jak płynięcie lodu, tworzenie się firnu i ruchy podłoża.

 

Rysunek 5: Zmiana masy lodu na Antarktydzie w latach 1992-2001 (a) i 2003-2008 (b). Kolory niebieskie, zielone i szare oznaczają spadek a pomarańczowe, czerwone i fioletowe – wzrost masy. Zmiany przedstawiono w przeliczeniu na 100 km2. Zwally i in., 2015.

Jak pokazują powyższe mapy, bilans masy silnie zależał od lokalizacji. Badania pokazały dość stabilny przyrost masy lądolodu Antarktydy Wschodniej (w obu okresach o około 136 Gt/rok) oraz przyspieszającą utratę masy lądolodu Antarktydy Zachodniej i Półwyspu Antarktycznego (z -24 Gt/rok w pierwszym okresie do -54 Gt/rok w drugim). Badacze szacują, że w pierwszym okresie lądolód Antarktydy całościowo zyskiwał 112±61 Gt/rok, a w drugim 82±25 Gt/rok.

Tak więc według badania Zwally’ego i współpracowników, przyrost lądolodu Antarktydy Wschodniej w latach 1992-2008 z nawiązką kompensował jego topnienie na obszarze Antarktydy Zachodniej i Półwyspu Antarktycznego. To właśnie ta konkluzja stała się zaczynem artykułów prasowych.

Przy okazji, analizując dynamikę lądolodu, autorzy pracy zdiagnozowali kwestię przyrostu lądolodu Antarktydy Wschodniej. Według ich badań zaczął się on 10 000 lat temu, pod koniec ostatniej Epoki Lodowej. Gdy powietrze zrobiło się cieplejsze, mogło ono magazynować więcej wilgoci, co doprowadziło do podwojenia ilości śniegu padającego na pokrywę lodową. Od tego czasu ten dodatkowy śnieg ulega kompresji w lód, czyniąc lądolód coraz grubszym.

Jednak przyspieszające tempo rozpadu lądolodu na obrzeżach grozi zatrzymaniem i odwróceniem trwającego tysiące lat procesu przyrastania czapy lodowej Antarktydy już w najbliższych dekadach. Jak stwierdza główny autor badania Jay Zwally:

Jeśli utrata lodu na Półwyspie Antarktycznym i Zachodniej Antarktydzie będzie dalej przyspieszać w takim samym tempie, jak miało to miejsce w poprzednich dwóch dekadach, straty zrównają się z tempem przyrostu lodu we Wschodniej Antarktydzie w ciągu 20-30 lat. Nie sądzę, by nastąpił wzrost opadów pozwalający skompensować te straty.

III. Zemsta niepewności pomiarowych

Trzeba mieć świadomość, że wyniki pojedynczego badania należy postrzegać w kontekście innych badań, prowadzonych przez inne grupy i innymi metodami. Każda analiza jest obarczona niepewnościami i błędami pomiarowymi. Składanie wyników pomiarów wielu różnych satelitów, wykorzystujących różne techniki pomiarowe (altymetria satelitarna i lotnicza) w różnych (nienakładających się) zakresach czasu prowadzi do niedokładności. I nawet jeśli nie są one wielkie, to ze względu na to, że zmiany dotyczą olbrzymiego obszaru, nawet drobne fluktuacje wysokości powierzchni mogą przekładać się na pokaźne zmiany masy. W przypadku analizy Zwally’ego o rezultatach pomiarów zmiany masy lądolodu decydują zmiany wysokości lądolodu Antarktydy rzędu centymetrów rocznie. A zmiana grubości lodu Antarktydy zaledwie o 1 cm oznaczałby w efekcie imponujący przyrost masy lądolodu o ok. 120 miliardów ton. Należy mieć świadomość, że każdy ewentualny błąd pomiaru, niepoprawność oszacowania jakiegoś drobnego elementu mocno wpłynie na wynik. Jak możemy przeczytać w Glaciobiolgii w komentarzu do artykułu Zwally’ego:

Zmiany wysokości obserwowane przez Zwally’ego trudno precyzyjnie przeliczyć na zmianę masy. Dlaczego?

  • Pierwszą trudnością jest gęstość, czyli stosunek masy do objętości. Budulcami lądolodu są: śnieg tuż przy powierzchni, masywny lód lodowcowy sięgający od kilkunastu-kilkudziesięciu metrów pod powierzchnią aż do podłoża skalnego, oraz firn, czyli ogniwo pośrednie pomiędzy śniegiem i lodem, a składniki te mają różną gęstość i to jeszcze zmienną w czasie. W pracy Zwally’ego dokonano pewnych założeń wstępnych, ponieważ o procesach zmian gęstości śniegu na Antarktydzie wiemy po prostu zbyt mało. Czy te założenia są realistyczne? Jestem przekonany, że są najlepszym przybliżeniem rzeczywistości na jakie nas obecnie stać, ale nie mamy pewności, że są realne.
  • Po drugie, na wysokość powierzchni Antarktydy wpływa także dynamika samego ruchu lodu. Przyspieszenie prędkości płynięcia lodowych strumieni może je znacząco obniżać, a spowolnienie prowadzić do nabrzmienia. Mimo zdecydowanych postępów w ostatnich latach wciąż mamy luki w wiedzy o rozkładzie i zmianach prędkości płynięcia lądolodu, a jest ona niezbędna do interpretacji zmian wysokości powierzchni.
  • Trzecim problemem analiz jest wpływ pionowych ruchów skorupy ziemskiej na wyniesienie lądolodu ponad poziom morza. Ruchy te mogą być wznoszące lub opadające. Bez uwzględnienia tych fluktuacji obserwacje satelitarne zmian wysokości mogłyby sugerować odpowiednio przyrost lub spadek grubości lądolodu. Modelowanie tzw. ruchów izostatycznych jest zagadnieniem trudnym, szczególnie na Antarktydzie, na której sieć pomiarowa jest uboga. Znów, według obecnej wiedzy założenia przyjęte w pracy Zwally’ego są realistyczne, ale jest ona dość skąpa.

Tym niemniej, pomimo trudności metodologicznych, wyniki pracy Zwally i in., z uwzględnieniem podanych przez nich błędów pomiarowych, można uznać za rzetelne i realistyczne.

IV. Nowa nadzieja

Czy analiza Zwally'ego daje nadzieję na to, że lądolód Antarktydy będzie skutecznie opierać się topnieniu? Niestety nie.

Media mają tendencję do raportowania ostatnio opublikowanych wyników jako „najnowszych” i „najdokładniejszych”, jednak w tym przypadku nie są to ani wyniki najnowsze, ani też najdokładniejsze.

Przede wszystkim trzeba podkreślić, że z pracy zespołu Zwally’ego nie wynika, że na Antarktydzie przybywa lodu. Nie przybywa, w czasie teraźniejszym, bo artykuł dotyczy danych z dwóch przeszłych okresów: 1992-2001, oraz 2003-2008. Dlaczego analiza nie zawiera nowszych danych? Głównym powodem jest to, że Jay Zwally najpierw współpracował z ESA przy analizie danych z satelitów ERS-1/2, a potem został szefem zespołu ICESat w NASA, a satelity te zbierały dane właśnie w tych okresach (a ściślej rzecz ujmując, ERS-2 wykonywał pomiary do roku 2010, jednak Zwally już w tym projekcie nie uczestniczył).

Nie są to więc „najnowsze” wyniki pomiarowe. To ważne, bo liczne badania pokazują, że od tego czasu tempo utraty lodu, szczególnie lodowców szelfowych, bardzo przyspieszyło. Nawet więc, jeśli lodu przybywało, to nie oznacza to, że nadal go przybywa.

V. Grawimetry (i nie tylko) kontratakują

Jedna z wcześniejszych prac na temat masy lądolodu Antarktydy, analiza z 2012 roku (Shepherd i in., 2012), podsumowująca wyniki różnych badań, podaje, że w latach 1992-2011 Antarktyda Wschodnia zyskiwała średnio 14 mld ton, a Antarktyda Zachodnia i Półwysep Antarktyczny traciły odpowiednio 65 mld i 20 mld ton lodu rocznie.

 

Rysunek 6: Oszacowania zmian masy lądolodu w regionach Antarktydy od 1992 roku wraz z przyczynkiem do wzrostu średniego światowego poziomu morza na podstawie różnych technik pomiarowych (Shepherd i in., 2012). Cieniowane obszary pokazują stopień niepewności (1σ). Różowe tło pokazuje pierwszy okres pomiarów z analizy Zwally i in., szare tło drugi okres. Uwagę zwraca przyspieszanie tempa utraty masy lądolodu na obszarach Antarktydy Zachodniej i Półwyspu Antarktycznego.

Niemal równolegle z pracą Zwally'ego zostały opublikowane wyniki badań bazujące na danych z nowego satelity CryoSat-2, umieszczonego na orbicie w 2010 roku. Opublikowana w lipcu analiza bazująca na trzech pierwszych latach pomiarów pokazała, że w okresie 2010-2013 lądolody Antarktydy Zachodniej, Antarktydy Wschodniej i Półwyspu Antarktycznego traciły rocznie odpowiednio 134 mld, 3 mld i 23 mld ton.

Bazująca na tych samych danych praca Helm i in., 2014 stwierdziła, że utrata lodu lądolodu Antarktydy Zachodniej w latach 2010-2014 była już trzykrotnie szybsza niż w okresie 2003-2009. Autorzy pracy zauważają, że choć lód w niektórych częściach Antarktydy Zachodniej przyrastał, to jedynie w części kompensowało to utratę lodu na innych obszarach.

Kolejne badania (Wouters i in., 2015) pokazały, że przyspieszanie tempa topnienia licznych lodowców na Półwyspie Antarktycznym jest tak szybkie, że wzrosło od wartości bliskich zera w latach 2000. do 56 mld ton rocznie po 2009 roku. Również najnowsze szacunki przepływu lądolodu pokazują na ubytek lądolodu na Antarktydzie (Mouginot i in., 2015).

Uważane za najbardziej precyzyjne pomiary grawimetryczne, prowadzone z wykorzystaniem satelitów GRACE (Gravity Recovery And Climate Experiment) pokazują przyspieszenie utraty masy od 2008 roku. Według pomiarów GRACE Antarktyda traci rocznie średnio ponad 134 mld ton masy.

 

Rysunek 7: Oszacowanie zmiany masy lądolodu Antarktydy od 2003 roku na podstawie pomiarów grawimetrycznych NASA GRACE. Zero oznacza średnią z okresu 2002-2014.

Wyniki pomiarów grawimetrycznych zmian masy lądolodu Antarktydy są przedmiotem analiz m.in. Harig i Simmons, 2015, Sasgen i in, 2013, Velicogna i Wahr, 2013, które zgodnie wskazują na ubytek masy lądolodu Antarktydy.

Zmiany masy lądolodu Antarktydy

Rysunek 8: Porównanie różnych oszacowań zmian masy lądolodu Antarktydy. Pionowe boki prostokątów obrazują podane w danej pracy niepewności pomiarowe, poziome boki pokazują zaś analizowany okres czasu. Wykres Luke Trusel, Woods Hole Oceanographic Institution via RealClimate.

Innymi słowy, praca Zwally'ego wcale nie jest "najnowsza", wygląda na obarczoną istotnymi błędami pomiarowymi i nie jest zgodna z innymi pomiarami, bazującymi na znacznie szerszym zestawie danych (w tym wykonanych z użyciem znacznie dokładniejszych instrumentów satelitów GRACE i Cryosat-2).

Warto dodać, że ponadto badania Rignot i in. 2014 sugerują, że duże lodowce szelfowe Antarktydy Zachodniej, podmywane przez ocieplające się wody oceanów mogły już nieodwracalnie przekroczyć próg rozpadu, w zasadzie „gwarantując” wzrost światowego poziomu morza o kilka metrów, niezależnie od tego, czy i w jakim stopniu ograniczymy emisje gazów cieplarnianych. Brak ograniczeń emisji doprowadzi do jeszcze poważniejszych zmian, a skala procesu może być liczona nie w tysiącach lat, lecz stuleciach (Pollard i in. 2015). Piszemy o tym w artykule Rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej nieunikniony. Podobne zjawisko grozi Antarktydzie Wschodniej (Mengel i Levermann, 2014).

Można powiedzieć, w ciągu 7 lat, które upłynęły od 2008 roku, w którym kończy się analiza Zwally’ego i kolegów, na Antarktydzie wiele się zdarzyło.

VI. Powrót globalnego ocieplenia

Czy w świetle wyników publikacji Zwally’ego możemy przestać przejmować się podnoszeniem się poziomu morza i globalnym ociepleniem? Bynajmniej. Praca ta w ogóle nie kontestuje wzrostu poziomu morza. Co więcej, jak zauważa sam Zwally:

To dobra wiadomość, że topnienie lądolodu Antarktydy nie przyczynia się do wzrostu poziomu morza, lecz ujmuje z niego 0,23 mm roczne. Ale to równocześnie zła wiadomość, bo te 0,27 mm przypisywane przez IPCC Antarktydzie musi pochodzić z innego źródła, nie uwzględnionego w bilansie.

dodając:

Nasze rezultaty… nie powinny być pretekstem do bierności względem zmiany klimatu. (…) Ociepla się on dramatycznie, powodują to gazy cieplarniane. Musimy temu przeciwdziałać, a denialiści klimatyczni nie powinni szukać pokrzepienia w tych wynikach, które dotyczą jednego  z wielu toczących się na świecie procesów i bynajmniej nie oznaczają, że zmiana klimatu nie zachodzi.

Jest absolutnie oczywiste, że wyniki badań Zwally’ego (nawet, jeśli są dokładne) w żaden sposób nie negują ani ocieplenia klimatu, ani zagrożenia wzrostem poziomu morza w wyniku wzrostu temperatury, ani też jego innych następstw.

VII. Przebudzenie myślenia

Cała ta historia pokazuje, jak media potrafią wykręcić kota ogonem i wypisywać wnioski, które z przytaczanej pracy wcale nie wynikają. Ciekawe ilu dziennikarzy piszących o analizie Zwally i in., 2015 faktycznie sięgnęło do źródła i wiedziało o czym pisze?

Swoją drogą jest coś ironicznego w tym, że kiedy ta sama NASA podaje, że antropogeniczne globalne ocieplenie  postępuje, jego konsekwencje będą poważne i istniej pilna potrzeba ograniczenia emisji gazów cieplarnianych publicyści często zarzucają NASA manipulacje. Kiedy zaś da się badania naukowców z NASA tak zmanipulować, by pasowały do światopoglądu zaprzeczaczy (inny przykład: Mit: CO2 chłodzi atmosferę), słyszymy, że to wybitni eksperci.

Marcin Popkiewicz, Aleksandra Kardaś, konsultacja merytoryczna: dr Jakub Małecki, autor bloga Glacjoblogia

Czytaj też: Czy na Antarktydzie przybywa lodu?, Komentarz do doniesień o rozroście lądolodu Antarktydy

Opublikowano: 2015-11-09 23:09
Tagi

Antarktyka pomiary i obserwacje

Fundacja UW
Korzystanie z witryny bez zmiany ustawień przeglądarki oznacza akceptację polityki cookies.