Nie do wiary – powtarzał w kółko w myślach, sam nie wiedząc, który to już raz. Wytężał wzrok i nie widział. Skierował lornetkę na północ, gdzie wiodła ich do bieguna igła kompasu. I nic. Tylko woda i porozrzucane gdzieniegdzie luźne kry. Zwartej pokrywy lodu morskiego nie było widać niemal tak daleko, jak sięgnąć mogło jego wprawne oko doświadczonego polarnego żeglarza. Thomas Wunderlich, kapitan niemieckiego lodołamacza Polarstern, głównego okrętu projektu MOSAiC (Multidisciplinary drifting Observatory for the Study of Arctic Climate), największej polarnej wyprawy w historii, od wielu lat pływał po Arktyce i widział niejedno, ale tego się nie spodziewał. Szczególnie nie tutaj, na wodach Morza Wandela, sąsiadującego z północno-wschodnim wybrzeżem Grenlandii. Nie tu, gdzie prądy morskie niemal zawsze znoszą krę z serca Oceanu Arktycznego i upakowują najgrubszą oraz bardzo trudną do sforsowania pokrywę lodu morskiego. Nie na osiemdziesiątym drugim równoleżniku, niecałe 900 kilometrów od bieguna północnego. Było to wydarzenie tym bardziej znamienne, że pola otwartej wody napotkano w obszarze, w którym – jak jeszcze niedawno przypuszczano – arktyczny lód morski będzie najdłużej przeciwstawiać się ociepleniu klimatu. Media na świecie szeroko komentowały tę anomalię, zwracając na jakiś czas uwagę opinii publicznej na stan morskiego lodu w Arktyce.

Mapa Arktyki, na której zaznaczone jest Morze Wandela.
Rysunek 1. Schematyczna lokalizacja „Obszaru ostatniego lodu”. Morze Wandela jest oznaczone znakiem „W”; biegun północny – czarną kropką. Na podst. Canada’s Changing Climate Report 2019.

Delikatny pancerz

Lód morski, cienka na centymetry lub metry warstwa lodu dryfująca na powierzchni mórz, to bardzo ważny element przyrody Ziemi. Jego jasna powierzchnia, odbijająca w przestrzeń kosmiczną zdecydowaną większość dopływającej w region bieguna energii słonecznej, nie pozwala nagrzewać się leżącej pod nim wodzie. Mówiąc wprost – cienki i delikatny lodowy pancerz na górze globusa jest chłodnicą dla półkuli północnej, w tym dla Polski. Od jego stanu w dużym stopniu zależy jakie będzie lato w Europie, Ameryce Północnej i w znacznej części Azji. Lód morski bierze także udział w rozprowadzaniu wód oceanicznych i ciepła po całym świecie oraz jest kluczowym środowiskiem życia dla przeróżnych stworzeń, m.in. niedźwiedzi polarnych, morsów, fok, narwali oraz wielu gatunków ptaków, ryb i mikroorganizmów. To naprawdę istotna sprawa dla nas wszystkich, choć hashtagi #seaice i #arctic nie należą do najpopularniejszych w mediach społecznościowych.

Lód morski powstaje przez wychłodzenie wody do ok. –2°C i zamarznięcie jej przypowierzchniowej warstwy. Odróżnia to lód morski od lodowców, które powstają na lądzie z gromadzenia i przekształcania śniegu. W Arktyce warunki do rozwoju potężnej pokrywy lodu morskiego były przez wieki i tysiąclecia idealne: wielki Ocean Arktyczny otaczający biegun północny w promieniu 700–2200 kilometrów, trzaskające mrozy podczas wielomiesięcznej i ciemnej zimy oraz letnie temperatury przekraczające zero stopni Celsjusza o zaledwie kilka kresek. Ostatnio jednak sytuacja zmieniła się. Dostające się do atmosfery dodatkowe, „ludzkie” emisje dwutlenku węgla, silnego gazu cieplarnianego, wyjątkowo mocno zwiększyły temperatury w Arktyce. Tak wydajnie, że Arktyka ogrzewa się współcześnie dwa-trzy razy szybciej niż reszta świata.

Topniejąca Arktyka

Dobre spojrzenie na stan lodu morskiego mamy od końca lat 1970. Od tego czasu satelity podglądają go w sposób ciągły dzięki mikrofalom, dla których przeszkodą nie jest ani zachmurzenie, ani mrok polarnej nocy. Dzięki tym obserwacjom wiemy co dzieje się z pokrywą lodu na Oceanie Arktycznym i widzimy jego roczne „tętno” – gdy rośnie zimą i maleje latem. Dla każdego dnia obliczane są: całkowita powierzchnia zajmowana przez lód oraz jego przestrzenny zasięg, a najwyższe z zaobserwowanych w danym roku wartości (przypadające na koniec nocy polarnej, czyli marzec) trafiają do annałów jako roczne maksima lodu morskiego. Porównanie marcowych maksimów zasięgu na przestrzeni ostatnich dekad pokazuje negatywny trend (dane Sea Ice Index, NSIDC, Rys. 2):
• lata 1980.: średnio 16,1 mln km2,
• lata 1990.: średnio 15,8 mln km2 ,
• lata 2000.: średnio 15,3 mln km2 ,
• lata 2010.: średnio 14,9 mln km2 .

Rysunek 2. Zmiany zasięgu arktycznego lodu morskiego. Dane: Sea Ice Index NSIDC.

Pod koniec dnia polarnego, tj. we wrześniu, gdy po kilku miesiącach topnienia powierzchnia i zasięg przestrzenny lodu są najniższe, lód osiąga roczne minimum. To właśnie o tej porze roku zmiany są najbardziej niepokojące. Minimum zasięgu szybko spada (Rys. 2):
• w latach 1980. wynosiło średnio 7,0 mln km2 ,
• w latach 1990. średnio 6,4 mln km2 ,
• w latach 2000. średnio 5,5 mln km2 ,
• w latach 2010. średnio 4,4 mln km2 .

Średnio tracimy zatem kilkanaście procent letniej pokrywy lodowej na dekadę, a to właśnie latem arktycznego lodu świat potrzebuje najbardziej, bo przecież to wtedy dopływ energii słonecznej do Arktyki jest największy (w czerwcu na biegunie północnym jest nawet większy niż na równiku). Prawdopodobnym jest więc, że przy obecnym kursie cywilizacji, tj. przy wciąż rosnących emisjach CO2 i dalszym podgrzewaniu atmosfery, lodu morskiego będzie latem tak mało, że statki będą mogły pływać przez biegun północny bez asysty lodołamaczy jeszcze przed 2050 rokiem. Zanik letniej pokrywy lodowej byłby niewątpliwie kamieniem milowym transformacji Ziemi przez człowieka, o niezwykle negatywnych konsekwencjach dla bilansu energetycznego regionu i planety oraz dla całego ekosystemu Arktyki.

W przewidywaniach tych jest jednak jeden wyjątek, w którym można upatrywać nadziei dla tych gatunków, które od kry są uzależnione. To północne wybrzeża wysp Kanady i Grenlandii, do których prądy spychają mnóstwo lodowych kier z całego Oceanu Arktycznego. Dzięki ich ciągłym kolizjom i chłodnym warunkom grubość lodu morskiego jest tu największa w Arktyce (do kilku metrów), co zapewnia mu długą żywotność i wytrzymałość. Z tych powodów badacze od dawna uważali, że to właśnie te wybrzeża będą w stanie „podtrzymywać przy życiu” resztki lodu morskiego, stając się jego ostatnią ostoją, gdy w innych częściach Arktyki już go nie będzie. To hipotetyczne lodowe sanktuarium nazwano Last Ice Area (w skrócie LIA, dosłownie „Ostatni Obszar Lodu” lub „Obszar Ostatniego Lodu”).

Niestety, ostatnie lata pokazują, że pogląd o wytrzymałym lodzie morskim w Arktyce kanadyjskiej i grenlandzkiej być może należałoby zrewidować, bo we wschodniej części LIA, na Morzu Wandela u wybrzeży Grenlandii, działy się ostatnio rzeczy bez precedensu.

Anomalie na Morzu Wandela

Pierwszej wyraźnej wskazówki, że lód morski u północnych wybrzeży Grenlandii może być mniej stabilny niż sądzono, przyniósł rok 2018. I to dwukrotnie. Już w połowie lutego, gdy trwała jeszcze zima i noc polarna, potężne południowe, stosunkowo ciepłe wiatry pokruszyły lód i odsunęły go od grenlandzkiego wybrzeża. Na Morzu Wandela powstała w ten sposób przybrzeżna połynia (duży obszar otwartej wody otoczony przez krę), szeroka nawet na 100 kilometrów i był to pierwszy tak wielki „przerębel” zaobserwowany na tym obszarze zimą, gdy lód powinien być najgrubszy. Drugie wydarzenie nastąpiło w sierpniu tego samego roku, lecz tym razem w okresie nieco spokojniejszej pogody. Mimo że wiatry były generalnie znacznie słabsze niż w lutym, letnia wyrwa w lodzie była niewiele mniejsza od poprzedniczki i utrzymywała się przez miesiąc (Rys. 3).

Naukowcy poświęcili sporo pracy, aby zrozumieć przyczyny wielkich połyni z 2018 roku, a ich analizy przyniosły ciekawe wnioski. Okazało się, że zimowa połynia nie była specjalnie związana z ociepleniem klimatu i spadkiem grubości lodu – sytuacja pogodowa była tak ekstremalna, że wyrwa w lodzie morskim powstałaby nawet wówczas, gdyby lód miał grubość taką, jak kilkadziesiąt lat wcześniej (Moore i in., 2018). Letnia połynia natomiast była w znacznej mierze pokłosiem sytuacji z zimy. W lutym bowiem wichury wywiały z Morza Wandela starą, grubą krę, zastępując ją lodem znacznie cieńszym, pierwszorocznym, co umożliwiło umiarkowanym sierpniowym wiatrom utworzenie rozległej połyni (Shen i in., 2021). Na tym etapie można więc było mieć nadzieję, że rok 2018 był po prostu rzadkim zbiegiem niekorzystnych okoliczności i powtórzenie takiej sytuacji w nadchodzących latach jest mało prawdopodobne.

Zestaw map pokazujących koncentrację lodu morskiego w Arktyce, obejmujących m.in. Morze Wandela.
Rysunek. 3. Koncentracja lodu morskiego u północno-wschodnich wybrzeży Grenlandii podczas trzech opisywanych wydarzeń niskiego zlodzenia Morza Wandela. Lód morski – odcienie bieli i błękitu; lądy na czarno; otwarta woda na szaro; W – Morze Wandela, S – Svalbard, F – Ziemia Franciszka Józefa. Źródło: Uniwersytet w Bremie, PolarView.aq

I na te płonne nadzieje wszedł 2020 rok, który poprzednie wydarzenia „zawstydził”. Lato tego roku było w Arktyce wyjątkowe, m.in. ze względu na to, że wrześniowy zasięg lodu morskiego zbliżył się do rekordowego minimum z 2012 r. W regionie Morza Wandela koncentracja lodu (odsetek powierzchni wody zajmowany przez kry) natomiast gwałtownie już z końcem lipca. Początkowo odchylenie od wieloletniej normy wynosiło kilkanaście procent, ale w połowie sierpnia zlodzenie było niższe od średniej niemal o połowę, bijąc dotychczasowe rekordy. Obszar otwartej wody był ogromny, a otaczała go potężna powierzchnia wodno-lodowej mieszanki (Rys. 3), z koncentracją lodu niestanowiącą problemu dla przepływającego nieopodal lodołamacza Polarstern. Jego dowództwo zdecydowało się wykorzystać te warunki i w sierpniu 2020 roku (pod koniec trwania ekspedycji MOSAiC) popłynąć ku biegunowi północnemu (Rys. 4).

Gdy kapitan Thomas Wunderlich minął otwartą wodę Morza Wandela, droga do bieguna wciąż szła gładko. Kra była co prawda gęstsza, ale miękka i porowata. Nawet po minięciu osiemdziesiątego ósmego równoleżnika okręt zamiast ugrzęznąć w grubszym lodzie utrzymywał dobrą prędkość pięciu-siedmiu węzłów. Polarstern w jedyne sześć dni dowiózł załogę i naukowców ekspedycji MOSAiC z cieśniny Frama (szerokiego pasa Atlantyku między Grenlandią i Svalbardem) na dziewięćdziesiąty równoleżnik – na biegun. Zaskakująca trasa i prędkość statku zwróciły uwagę Axela Schweigera z zespołem, którzy zbadali te wyjątkowe warunki lodowe i niespełna rok później, w lipcu 2021 roku, opublikowali o nich artykuł w prestiżowym czasopiśmie Nature Communications Earth & Environment.

Rysunek 4. Polarstern w drodze do bieguna północnego w ramach ekspedycji MOSAiC. Fot. Alfred Wegener Institut/Stefen Graupner/CC BY-4.0

Schweiger i in. (2021) stwierdzili, że ogromny spadek koncentracji lodu w sierpniu 2020 roku nastąpił po wyjątkowo dobrym (jak na ostatnie lata) stanie lodu na wiosnę. Najwyraźniej więc nawet porządne uzupełnienie zapasów kry zimą nie wystarcza już do zapewnienia solidnej pokrywy lodowej na koniec lata, gdy do gry wkraczają silne południowe wiatry, robiące totalne przemeblowanie w architekturze kier. Znów odepchnęły one lód od wybrzeży Grenlandii i utworzyły inicjalną połynię, podobnie jak w 2018 roku. Wymuszony ruch lodu w kierunku północy odsłonił dostatecznie duże obszary otwartej wody, aby do gry wkroczył efekt albedo. Ten parametr charakteryzuje optyczną „jasność” powierzchni i decyduje o tym ile energii jest pochłanianej, a ile odbijanej.

W odróżnieniu od lodu, powierzchnia wody pochłania zdecydowaną większość energii słonecznej, dzięki czemu jej temperatura rośnie. Ogrzana woda mogła zatem krążyć w przypowierzchniowych warstwach oceanu i dodatkowo topić krę od spodu. To jakby miniaturowe wzmocnienie arktyczne – niezwykle ważne sprzężenie zwrotne nasilające ocieplenie klimatu w Arktyce proporcjonalnie do kurczącej się powierzchni lodu morskiego. Dla Morza Wandela skutek był taki, że między końcem lipca a połową sierpnia 2020, gdy pogodowa anomalia rozkręciła się na dobre, średnia grubość lodu spadła z trzech metrów do półtora metra, a jego koncentracja zanotowała najniższą wartość w historii pomiarów.

Autorzy badań poszli dalej. W serii eksperymentów wykorzystujących symulacje komputerowe sprawdzili, czy pogoda z lata 2020 roku utworzyłaby wielką połynię w sytuacji, gdyby lód był tak gruby, jak jeszcze cztery dekady temu. Okazało się, że nie aż tak potężną, a bazując na modelach ocenili, że za około 80 procent utraty lodu na Morzu Wandela podczas opisywanego tu wydarzenia odpowiadała pogoda, a za pozostałe 20 procent niższa niż dawniej grubość lodu na starcie sezonu topnienia. „Zakładając, że rosnąca obecność cienkiego lodu w ostatnich 40 latach i otwarta woda na początku sezonu topnienia są głównie wynikiem zmiany klimatu, oraz że warunki atmosferyczne latem były częścią naturalnej zmienności, powyższy podział 20/80 stanowi przybliżoną miarę udziału zmiany klimatu i naturalnej zmienności w wydarzeniu z 2020 roku” – czytamy w oryginalnym artykule. Idąc tym tokiem wnioskowania jeszcze dalej, wraz z postępującym ociepleniem i „chudnięciem lodu” na Morzu Wandela możemy się spodziewać coraz częściej wielkich połyni.

Co to może oznaczać?

Kilkutygodniowe okresy otwartej wody na Morzu Wandela rodzą fundamentalne pytanie: czy słusznie przypuszczano, że obszar ten będzie w nadchodzących dziesięcioleciach ostoją lodu morskiego, skoro już teraz zdarzają się okresy z bardzo niewielkim zlodzeniem? W rozmowie z serwisem Live Science Kristin Laidre, jedna ze współautorek omawianych tu badań, podziela te wątpliwości: „Jeżeli, jak pokazuje artykuł, obszar ten zmienia się szybciej niż oczekiwano, może on nie być ostoją, na której powinniśmy polegać”. LIA może być zatem mniejszy niż przypuszczano, przynajmniej o jego najbardziej wschodni sektor.

Istnieje jednak jeszcze bardziej ponura perspektywa – jeżeli uważany dotąd za względnie trwały obszar Morza Wandela doświadcza silnych zmian, nie można na razie wykluczyć, że także inne fragmenty LIA są bardziej wrażliwe na zmianę klimatu niż sądzono. Nadchodzące lata przyniosą więcej obserwacji i kolejne anomalie pogody i tylko czas pokaże jak zachowywać się będą poszczególne sektory Ostatniego Obszaru Lodu oraz czy w ogóle taki obszar faktycznie się uformuje. Jeżeli miałby się spełnić pesymistyczny scenariusz i LIA okazała by się płonną nadzieją, znacznie wzrosłoby ryzyko rychłego wyginięcia wielu arktycznych gatunków, dla których lód morski jest całorocznym lub sezonowym środowiskiem życia. Oprócz utraty unikalnego ekosystemu, byłoby to jednocześnie zamknięcie pięknego rozdziału historii Ziemi. Epoki, w której na Oceanie Arktycznym lód pływał nawet latem.

I o ile kres tego rozdziału wydaje się nieunikniony, to wszystkim nam powinno zależeć na tym, aby nastąpił jak najpóźniej.

Dr Jakub Małecki

Literatura:
• Moore, G. W. K., Schweiger, A., Zhang, J., & Steele, M.. What caused the remarkable February 2018 North Greenland Polynya? Geophysical Research Letters, 45, 13,342– 13,350. (2018) https://doi.org/10.1029/2018GL080902
• Schweiger, A.J., Steele, M., Zhang, J. et al. Accelerated sea ice loss in the Wandel Sea points to a change in the Arctic’s Last Ice Area. Commun Earth Environ 2, 122 (2021). https://doi.org/10.1038/s43247-021-00197-5 
• Shen, X., Ke, CQ., Cheng, B. et al. Thinner Sea Ice Contribution to the Remarkable Polynya Formation North of Greenland in August 2018. Adv. Atmos. Sci. 38, 1474–1485 (2021). https://doi.org/10.1007/s00376-021-0136-9

Opublikowano: 13 września 2021

Zasady komentowania na Nauka o klimacie

Nasza strona służy popularyzacji nauki. Chętnie odpowiadamy na pytania, ale nie akceptujemy spamu i dezinformacji.