Wzrost poziomu morza - prognozy coraz bardziej pesymistyczne

Gdy po przejściu w 2012 roku nad wybrzeżem USA huraganu Sandy zaczęto szacować straty spowodowane przez żywioł, szacunki zamknęły się szokującą kwotą 70 miliardów dolarów. Ulokowało to tę katastrofę w gronie 10 najbardziej kosztownych we współczesnej historii ludzkości. Tym, co niewątpliwie wpłynęło na rozmiar szkód był skumulowany efekt zmian zachodzących w cyrkulacji atmosferycznej i rosnącego poziomu morza. Lustro wody u wybrzeży Nowego Jorku znajduje się obecnie o około 30 cm wyżej niż w 1900 roku, przybór sztormowy osiąga ponad 1 m wyżej niż w czasach przedindustrialnych, a powódź określana 150 lat temu jako „500-letnia” pojawia się średnio co 25 lat (A. J. Garner i in., 2017). Mimo to nadal najwięcej buduje się na działkach nadbrzeżnych, a cenną infrastrukturę ma w przyszłości ochronić planowana zapora o wysokości 3 m. W świetle nowych badań dotyczących przyszłego wzrostu poziomu morza może jednak okazać się, że nie wystarczy ona nawet na 100 lat.

Rysunek 1: Największa na świecie ruchoma bariera: zapora przeciwpowodziowa Maeslant w Holandii chroniąca port Rotterdam. Źródło: flickr/Bert Knot.

Według oszacowań zamieszczonych w 5 raporcie IPCC z 2013 roku, średni globalny wzrost poziomu morza w roku 2100, dla najgorszego scenariusza emisji (RCP 8.5), wyniesie 52-98 cm w stosunku do lat 1986–2005. Nie oznacza to jednak, że 98 cm jest górną granicą tego, czego możemy się spodziewać. Jak wyjaśnia Anders Levermann z Potsdam Institute for Climate Change Research, jeden z głównych autorów rozdziału dotyczącego poziomu morza:

[...] [5] raport wskazuje, że jeśli pokrywa lodowa Antarktydy zacznie się rozpadać, poziom morza może wzrosnąć o dodatkowe kilka dziesiątych metra w ciągu XXI wieku. Z tego powodu szukając prawdopodobnej górnej wartości, dostaniemy szacunki rzędu 1,2-1,5 m.

Publikowane w ostatnich latach wyniki badań dokumentujących topnienie lodowców szelfowych oraz wycofywanie się lodowców Antarktydy, szczególnie w części zachodniej, zachęciły naukowców do prób bardziej precyzyjnego oszacowania udziału Antarktydy w przyszłym wzroście poziomu morza.

Rysunek 2: Prognozy wzrostu poziomu morza pokazujące dużą niepewność wkładu WAIS (pokrywa lodowa zachodniej Antarktydy) w zależności od założeń scenariuszy. Źródło: A. M. R. Bakker i in., 2017

W dotychczasowych prognozach ten udział był jedną z większych niewiadomych (R. J. Nicholls i in., 2010, R. E. Kopp, 2014, A. Silvano i in. 2016, A. M. R. Bakker i in., 2017, A. M. R. Bakker, D. Louchard, K. Keller, 2017). Powodem jest stosunkowo mała ilość dostępnych danych dotyczących tego odległego kontynentu, a także dużo wolniejsza niż w przypadku oceanu i atmosfery odpowiedź lądolodów na ocieplenie. Wiadomo było, że w przeszłości geologicznej, w warunkach klimatycznych porównywalnych do obecnych, poziom morza był dużo wyższy. W Pliocenie, gdy stężenie CO2 było zbliżone do obecnego, poziom morza znajdował się wyżej o 10-30 m, natomiast podczas ostatniego interglacjału (LIG, 130 000- 115 000 lat temu) o 6-9,3 m, przy stężeniu CO2 280 ppm i średniej globalnej temperaturze wyższej od tej z połowy XX wieku o nie więcej niż 2°C (Ch. J. Fogwill i in., 2013, R.M. DeConto i D. Pollard, 2016).

Te od dawna znane informacje pozwoliły Johnowi Mercerowi 40 lat temu (w okresie intensywnych, szybszych nawet niż współczesne zmian koncentracji dwutlenku węgla) wysnuć wniosek, że (J. H. Mercer, 1978):

Jeśli globalne zużycie paliw kopalnych będzie rosnąć w obecnym tempie, zawartość CO2 w atmosferze podwoi się w ciągu około 50 lat. Modele klimatyczne sugerują, że nasilający się w związku z tym efekt cieplarniany największe ocieplenie powodował będzie w wysokich szerokościach geograficznych. Wzrost temperatury wyliczony dla 80° szerokości południowej będzie mógł zapoczątkować gwałtowny rozpad pokrywy lodowej zachodniej Antarktydy, prowadząc [ostatecznie] do 5-metrowego wzrostu poziomu morza.

Mercer słusznie założył, że dawne poziomy morza nie mogłyby być tak wysokie bez rozpadu pokrywy lodowej nie tylko Grenlandii, ale też przynajmniej zachodniej Antarktydy (ang. West Antarctic Ice Sheet, WAIS). Co więcej, określił jakie „znaki ostrzegawcze” będą wskazywały na pojawienie się niebezpiecznego trendu ocieplenia w Antarktyce mogącego doprowadzić do zanikania WAIS. Jeden z nich to rozpad lodowców szelfowych wzdłuż Półwyspu Arktycznego. I choć do podwojenia stężenia CO2 w atmosferze w stosunku do czasów przedindustrialnych nadal sporo brakuje, to już w 2002 rozpadł się Larsen B, a badacze Antarktydy coraz częściej donoszą o rosnącej niestabilności kolejnych lodowców. Najprawdopodobniej już w połowie wieku zniknie Larsen C, a wycofywanie lodowców szelfowych z zatoki Amundsena i Bellingshausena będzie coraz mocniej postępować (C. Ritz i in., 2015, R.M. DeConto i D. Pollard, 2016).

Rysunek 3: Widok z góry na powierzchnię lodowca Larsen C, widoczne są jeziorka wody roztopowej (zielone i niebieskie plamki), zdjęcie wykonane w 2017 roku podczas badań NASA IceBridge. Źródło: NASA/Dennis Gearhart

Rozpad Antarktydy przyspieszy wzrost poziomu morza

Oznacza to, że w horyzoncie setek, tysięcy lat, Antarktyda dołoży wiele metrów do podnoszącego się poziomu morza. To, jak szybko będzie przybywać w oceanach wody pochodzącej z topnienia lądolodów, zależy nie tylko od naszych emisji przemysłowych, wpływających na wzrost temperatury atmosfery i oceanów, ale także od odpowiedzi pokrywy lodowej na to ocieplenie. Zespół Levermanna oszacował w 2013 roku, że w przypadku atmosfery cieplejszej globalnie o 1oC w stosunku do epoki przedprzemysłowej (co już osiągnęliśmy), Antarktyda dołoży 1,2 m do poziomu morza (A. Levermann i in., 2013). Choć naukowcy badali odpowiedź lądolodu antarktycznego w perspektywie 2000 lat, nie oznacza to, że możemy odetchnąć z ulgą. Wręcz przeciwnie. Zarówno brak wyraźnych działań mających na celu redukcję emisji CO2, jak i coraz lepsze poznanie mechanizmów rozpadu lodowców są raczej powodem do niepokoju.

Rysunek 4: Prognozy średniego globalnego wzrostu morza dla scenariuszy IPCC (RCP), a) i b) z użyciem modelu „standardowego”, c) i d) z użyciem modelu uwzględniającego zjawiska zachodzące na lodowcach. Kolorowe linie: mediana, prostokąty po prawej stronie wykresów: 5-95 percentyl dla roku 2100 (a, c) i 2300 (b, d). Szara cienka linia w b) i d) wskazuje zakres rysunków a) i c). Źródło: R. E. Kopp i in., 2017

Analiza zespołu Koppa z 2017 roku wskazuje, że w 2100 roku możemy się spodziewać w scenariuszu biznes-jak-zwykle wzrostu poziomu morza o prawie 1,5 m (R. E. Kopp i in., 2017). Wartość ta wynika z lepszego oszacowania wkładu z topnienia lądolodu Antarktydy. Naukowcy uwzględnili w swoich obliczeniach często pomijane w innych modelach zjawiska, takie jak szczelinowanie hydrauliczne lodowców czy rozpad klifów lodowych (patrz artykuł Rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej nieunikniony). Nie jest to jedyne badanie, w którym pojawiają się tak wysokie wartości. Wyniki tej pracy powiększają grono analiz, w których dla scenariusza biznes-jak zwykle poziom morza podniesie się na koniec stulecia o 1,2-3,3 m (choć najwyższe wartości znajdują się w zakresie „skrajnie mało prawdopodobnym”, <0,5%) (R. J. Nicholls i in., 2010, S. Jevrejeva, A. Grinsted, J. C. Moore, 2014, S. Jevrejeva i in., 2016, A. M. R. Bakker i in., 2017, D. Le Bars, S. Drijfhout, H. de Vries, 2017). Także NOAA zrewidowała swoje przewidywania w górę, wskazując w raporcie z 2017 roku 2,5 m w przed końcem stulecia dla najgorszego scenariusza, a prawie 10 metrów do roku 2200.

Prognozy te związane są z postępującym zrozumieniem mechanizmów rozpadu lodowców Antarktydy. Są one bardziej wrażliwe na podmywanie przez cieplejszą wodę niż lodowce Grenlandii, gdyż wiele z nich, szczególnie w części zachodniej, spoczywa na dnie morskim. Ogrzanie górnych 1200 m oceanu w okolicach Antarktydy, spowodowane prawdopodobnie zmianami cyrkulacji atmosferycznej wywołanymi globalnym ociepleniem, zagraża jednak także części wschodniej pokrywy lodowej (ang. East Antarctic Ice Sheet, EAIS), uważanej dotychczas za bardziej stabilną (Ch. J. Fogwill i in., 2013, A. Silvano i in. 2016). Według badań geologicznych EAIS „dołożyła się” do wzrostu poziomu morza w Pliocenie. Jej rozpad wspomogła wtedy najprawdopodobniej woda z topnienia i opadów pojawiająca się na powierzchni pokrywy lodowej, powodująca powstawanie szczelin, a tym samym szybsze cielenie się lodowców. Podobny mechanizm zaobserwowano podczas rozpadu lodowca Larsen B w 2002 roku, a obecnie zagraża rozległym, płaskim lodowcom szelfowym na morzu Rossa i Weddella, gdzie temperatury latem ostatnio zaczynają przekraczać 0°C. Najmniej stabilnym lodowcem EAIS jest Totten, zawierający ilość lodu równoważną 3,5 m wzrostu globalnego poziomu morza, czyli prawie tyle, co cała WAIS (R.M. DeConto i D. Pollard, 2016, A. Silvano i in. 2016).

Z punktu widzenia naszej cywilizacji kluczowe jest nie tylko określenie wysokości przyrostu poziomu morza, ale przede wszystkim jego tempa, co pozwoliłoby oszacować, ile czasu mamy na adaptację. Jest to o tyle trudne, że zmiany zachodzące w Antarktyce mogą być nieliniowe, a po rozpadzie WAIS mogą znacznie przyspieszyć. Podczas ostatniego interglacjału, gdy lądolód Antarktydy uległ destabilizacji, poziom morza podnosił się o ponad 4 cm rocznie. Jest to jednak tylko informacja o średniej globalnej. Na poziomie lokalnym sytuacja może wyglądać zupełnie inaczej, przykładem jest Nowy Jork, gdzie od 1900 roku poziom morza podnosi się około 3 cm na dekadę – prawie 2 razy szybciej od średniej (R. E. Kopp, 2014, R. Winkelmann i in., 2015, R.M. DeConto i D. Pollard, 2016, P. Goodwin i in., 2017, A. B. A. Slangen i in., 2017).

Rysunek 5: Wkład Antarktydy w średni globalny wzrost poziomu morza w latach 1950-2500. Zaznaczono przypuszczalny czas wycofywania się i utraty grubości głównych lodowców półwyspu Antarktycznego (AP), wycofywanie lodowców z zatoki Amundsena (ASE), z morza Amundsena i Bellingshausena (AS–BS), lodowca Totten (T), wycofywanie linii gruntowania Siple Coast (SC) i lodowców na morzu Weddella (WS), głębokie wycofywanie lodowca Thwaites (TG), wycofywanie lodowców WAIS, lodowca Recovery oraz należących do EAIS Wilkes i Aurora. Źródło: R.M. DeConto i D. Pollard, 2016

Rysunek 6: Maksymalna średnia temperatura globalna, stężenie CO2 w atmosferze, średni globalny poziom morza i źródła wody z topnienia: obecnie, w 2 interglacjałach i w Pliocenie. Jasnoniebieski kolor wskazuje zakres niepewności maksymalnego średniego globalnego poziomu morza. Wykresy kołowe na mapkach wskazują ułamek (nie lokalizację) wycofanych lodowców na Grenlandii (górna mapka) i Antarktydzie (dolna mapka). Źródło: A. Dutton i in., 2015.

Adaptuj się albo spływaj

Z tego ryzyka od wielu lat zdaje sobie sprawę Holandia, która jest najbardziej narażonym na zalanie państwem europejskim. Rząd holenderski stosując zasadę „zapłać dziś, bo jutro zapłacisz więcej” wydaje rocznie miliard euro na adaptację. Peter Persoon, inżynier opiekujący się barierą Maeslant, chroniącą port Rotterdam przed powodzią (zaprojektowaną tak być skuteczną w razie powodzi możliwej, według klasycznych oszacowań, raz na 10 tys. lat!) tłumaczy powód, dla którego wydatki te znajdują publiczną akceptację:

wyjaśniamy ludziom, że straty po zalaniu państwa wyniosą co najmniej 700 miliardów euro. Jeśli każdego roku wydasz 1 miliard euro [na zabezpieczenia] to jakbyś rozłożył rachunek na ponad 700 lat.

Bariera Maeslant, największa tego typu budowla na świecie, powstała w ramach długofalowej strategii zarządzania ryzykiem powodziowym „Delta”. Choć program Delta jako bazę obecnych działań przyjął wzrost poziomu morza o 0,55–1,10 w 2100 roku, to założenia te zostaną zweryfikowane w 2018 roku. Grupa przygotowująca informacje do nowego planu wskazała bowiem, że poziom morza rośnie szybciej, niż zakładano w poprzednich opracowaniach, a ze względu na zwiększone topnienie i rozpad klifów lodowych na Antarktydzie zmiany mogą jeszcze przyspieszyć.

Rysunek 7: Zdjęcia satelitarne wykonane nad miastem Mantoloking, stan New Jersey (około 100 km na południe od Nowego Jorku). Górne: rok 2012, po przejściu huraganu Sandy, dolne: rok 2007. Źródło: NASA

Holenderskie podejście do problemu jest jednak na świecie raczej wyjątkiem niż regułą. Nowy Jork, mimo planów utworzenia zapory przeciwsztormowej, nadal pozwala zabudowywać wybrzeże, a zalewane podczas poważniejszych powodzi lotnisko LaGuardia dostanie 4 miliardy dolarów na renowację. Podobnie niekonsekwentni są włodarze Norfolk, miasta w Wirginii, gdzie znajduje się największa na świecie baza marynarki wojennej. Choć nie chcą prognozami wzrostu poziomu morza niepokoić mieszkańców, to „po cichu” planują porzucenie najczęściej zalewanych obszarów i ustanowienie stref „wycofywania”. Sama baza, miejsce kotwiczenia 6 lotniskowców, kluczowa dla operacji w Europie i na Bliskim Wschodzie może być niezdatna do użytku nawet już za 20 lat, gdyż wzrost morza jest tu 2 razy szybszy od średniej globalnej.

Rysunek 8: Parking pracowników w bazie morskiej Norfolk po przejściu huraganu Isabel w 2003 roku. Zdjęcie: Michael Pendergrass US Navy/Wikipedia.

Norfolk jest jedną z 56 morskich baz USA, wartych w sumie około 100 miliardów dolarów, które będą zagrożone, jeśli poziom morza podniesienie się o 1 m. Jest to ułamek wartości całej światowej infrastruktury narażonej na zalanie w związku z podnoszącym się poziomem morza. W samej Europie w 500 m pasie wybrzeża ulokowane są aktywa o wartości co najmniej 0,5-1 biliona euro. Jednak największe straty poniosą miasta azjatyckie, które doświadczą dużych zmian związanych z dynamiką przypływów, na którą wpływa poziom morza (S. B. Wilmes i in., 2017). W Osace, w 2070 roku może być to nawet bilion dolarów, a przy wzroście poziomu morza o zaledwie 0,2 m chińskie Guangzhou będzie tracić rocznie około 250 milionów dolarów. W Nowym Jorku obecnie około 70 tys. budynków o wartości prawie 130 miliardów dolarów stoi w strefie narażonej na zalewanie. W roku 2100 dla scenariusza emisji „biznes-jak-zwykle” (RCP 8.5) poziom morza w Guangzhou wg średnich szacunków może się podnieść co najmniej o 0,9 metra (S. Jevrejeva i in., 2016). Najbardziej pesymistyczne prognozy dla Nowego Jorku podają nawet około 2 m. Przy tym poziomie, uwzględniając fale powodziowe, bariera o wysokości 3 m (której koszt ma zamknąć się w 3 miliardach dolarów), mająca chronić miasto, może okazać się niewystarczająca. Symulacje pokazują, że średnia wysokość fali powodziowej dla powodzi 500-letniej (która obecnie pojawia się średnio 1 raz na 25 lat) będzie wynosić w stosunku do czasów przedprzemysłowych około 4-5 m (A. J. Garner i in., 2017, M. K. Buchanan, M. Oppenheimer, R. E. Kopp, 2017).

 Rysunek 9: Komponenty poziomu wody, które mają wpływ na zalewanie wybrzeży. Nawet stopniowe podnoszenie poziomu morza może spowodować gwałtowny wzrost częstotliwości i dotkliwości powodzi. Źródło: S. Vitousek i in, 2017

Burmistrz Nowego Jorku, Bill de Blasio, chce jednak by „kolejne pokolenie mogło nadal nazywać Nowy Jork swoim domem”. Z tego powodu powołał niezależne, naukowe ciało doradcze New York City Panel on Climate Change, które w 2015 roku opublikowało raport mający na celu wskazanie sposobów na poprawę obecnej i przyszłej (perspektywa roku 2100) sytuacji miasta w obliczu zmiany klimatu. Pozwoliło to na ogłoszenie w 2017 roku „Wskazówek do Projektowania Odpornego na Zmiany Klimatu” (Climate Resiliency Design Guidelines), zakładających uwzględnianie prognoz klimatycznych w projektowaniu, konstruowaniu i odnawianiu obiektów miejskich.

Rysunek 10: Scenariusze średniego poziomu morza w Nowym Jorku do roku 2060: czarna linia obserwacje NOAA, kolorowe linie: scenariusze NOAA. Źródło: raport NOAA 2017.

Przyszłość, którą zgotujemy naszym dzieciom

Takie działania są absolutną koniecznością, gdyż skutkiem niszczenia wybrzeży w następstwie rosnącego poziomu morza i ekstremalnych zjawisk atmosferycznych będzie stopniowe porzucanie gęsto zamieszkanych obecnie terenów, co przyniesie ogromne konsekwencje ekonomiczne i społeczne (R. J. Nicholls i in., 2010, J. Hinkel i in., 2013, B. Neumann i in., 2015, S. Jevrejeva i in., 2016). Wystarczy wspomnieć, że obecnie około 10% ludzi na świecie żyje na terenach położonych na wysokości mniejszej niż 10 m n.p.m. Zespół Koppa szacuje, że przy globalnym wzroście poziomu morza o 150 cm w 2100 roku zagrożony zostanie byt około 150 milionów ludzi. Zniszczone zostaną miejsca cennego dziedzictwa kulturowego, a część państw utraci znaczące fragmenty swoich terytoriów (B. Marzeion, A. Levermann, 2014). Do wody dostaną się szkodliwe substancje zagrażając zdrowiu ludzi. Już teraz przekonują się o tym mieszkańcy pacyficznej wyspy, na której znajduje się podmywane przez ocean składowisko zawierające radioaktywne pozostałości po testach amerykańskich bomb atomowych.

Rysunek 11: Górny rysunek: procent powierzchni państwa znajdujący się poniżej poziomu morza w zależności od zmiany temperatury, kolejność od największych strat. Dolny rysunek: procent populacji w różnych krajach, żyjący na terenach, które w przyszłości znajdą się pod wodą, w zależności od wzrostu temperatury. Biała pionowa linia wskazuje wzrost temperatury, który nastąpił do czasu opracowania anailzy (około 0,8oC). Źródło: B. Marzeion, A. Levermann, 2014).

Brak strategicznych planów adaptacji uwzględniających wzrost poziomu morza jest także przeszkodą w racjonalnym inwestowaniu. Infrastruktura planowana jest bowiem na ogół na co najmniej 100 lat (R. J. Nicholls i in., 2013, R. E. Kopp, 2014). Co gorsza, skutki decyzji polityków udających, że zmian klimatycznych nie ma, dotkną oczywiście w największym stopniu obywateli, także finansowo. Być może przykładem, który należy brać za wzór, jest postawa holenderska: rzecznik portu w Rotterdamie, Maarten van Oosten, podkreśla, że projektując zabezpieczenia, zarząd portu patrzył na najgorsze scenariusze. Levermann zaś podsumowuje:

[...] Jaką cenę jesteś gotów zapłacić za uratowanie, na przykład, wybrzeża Florydy? Tego oczywiście nie rozwiąże nauka, my tylko podajemy informacje, a społeczeństwo musi zadecydować, co robić. Czy chcemy zachować Tower of London, czy powiemy sobie: była fajna przez parę stuleci, ale teraz w ciągu kilku następnych zostanie zalana.

Praktycznie na zawsze.

Rys. 12. Szacunkowe zakresy temperatury, za którymi zostaną przekroczone nieodwracalnie progi graniczne kriosfery. Źródło: Raport ICCI 2015

W projekcjach zmiany klimatu i jej skutków często pojawia się sformułowanie „do 2100 roku…”, ale pamiętać powinniśmy, że po roku 2100 zmiany oczywiście będą nadal postępowały. Prognozy sięgające poza rok 2100 są zgodne w jednym – im większe będą nasze emisje, tym szybciej będzie rósł poziom morza. W roku 2300, według zespołu Koppa, różnica poziomów między scenariuszami RCP 2.6 i RCP 8.5 wyniesienie ponad 10 m. W kilkusetletniej perspektywie należy się spodziewać, że poziom morza podniesie się o kilkanaście metrów, gdyż już ocieplenie o 1,5-2 stopnie C doprowadzi do rozpadu głównych lodowców szelfowych Antarktydy (N. R. Golledge i in., 2017, T. E. Wong, A. M. R. Bakker, K. Keller, 2017). Pod koniec 2015 roku naukowcy z International Cryosphere Climate Initiative opublikowali raport, w którym ostrzegli, że ustalenia paryskie nie zapobiegną przekroczeniu przez Ziemię punktów krytycznych biegunów i lodowców, co zapoczątkuje „procesy, które nie będą mogły być zatrzymane, o ile temperatura nie powróci do poziomów przedindustrialnych”. Raport stwierdza, że poza społecznością naukową nie ma szerszego zrozumienia dla faktu, że zmiany w kriosferze pojawiają się powoli, ale gdy zostaną uruchomione przestawią „system klimatyczny Ziemi w nowy stan”, który – jak uważa większość specjalistów – „nie istniał na przestrzeni ostatnich 35-50 milionów lat”.

Naukowcy uważają, że „okno”, pozwalające zatrzymać choć część procesów zachodzących w kriosferze zamknie się w latach 2020-2030. To co możemy jeszcze próbować zrobić, to rozłożyć wzrost poziomu morza na jak najdłuższy odcinek czasu, zmniejszając emisje tak, aby jak najwięcej lat pozostało na adaptację i zmiany zagospodarowania wybrzeży. Jak trafnie podsumowali to naukowcy z International Cryosphere Climate Initiative:

Nigdy pojedyncze pokolenie nie miało w rękach przyszłości tak wielu kolejnych pokoleń, gatunków i ekosystemów.

Polecamy także:

Anna Sierpińska, konsultacja merytoryczna prof. dr hab. Jacek Piskozub

Opublikowano: 2018-03-13 18:19
Tagi

poziom morza skutki zmiany klimatu

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