Tysiące lat zmian poziomu morza

Kilka tygodni temu, w czasopiśmie Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) została opublikowana pierwsza globalna analiza statystyczna licznych badań historii zmian poziomu morza w ciągu ostatnich 2500 lat (Kopp i in., 2016). Dane takie, sprzed okresu prowadzania bezpośrednich pomiarów, można uzyskać za pomocą tzw. proxy, w szczególności odwiertów w nadbrzeżnych osadach. Zebrano ich w różnych częściach świata wystarczająco dużo, by całkiem dokładnie określić zmiany światowego poziomu morza w długim horyzoncie czasowym.

Przejdźmy od razu do rezultatu. Oto aktualna historia zmian światowego poziomu morza:

Aby poprawne zrozumieć tę krzywą trzeba pamiętać o jednej kwestii: w wielu miejscach na świecie trwają powolne procesy utrudniające śledzenie zmian poziomu morza, takie jak podnoszenie się terenu po ostatniej epoce lodowej lub jego opadanie. Oznacza to, że obliczając trend zmian poziomu morza należy uwzględnić odpowiednie poprawki związane z ruchami pionowymi terenu. Niestety każda uwzględniana poprawka oznacza powiększenie niepewności wyniku (uwaga: niepewność to ściśle zdefiniowany termin naukowy). Ta niepewność jest niewielka, rzędu zaledwie 0,2 mm/rok (obecnie tempo wzrostu poziomu morza przekracza 3 mm/rok), ale nawet niewielki stały trend 0,2 mm/rok w ciągu 500 lat skumulowałby się do 10 cm, a w ciągu 2500 lat do pół metra. Na rysunku 1 widoczne by to było jako zmiana nachylenia krzywej.

Na podstawie analizy Kopp i in., 2016 nie można więc kategorycznie i precyzyjnie stwierdzić, jak obecny poziom morza ma się do tego w czasach rzymskich. To, co jest znane z dużym stopniem prawdopodobieństwa, to odchylenie względem trendu, czyli zmiany tempa wzrostu (lub spadku) poziomu morza. Można zdecydowanie stwierdzić, że tempo wzrostu poziomu morza w XX wieku było wielokrotnie większe niż w jakimkolwiek innym stuleciu od czasów faraonów (taki czy inny trend liniowy nie wpływa na ten wynik).

Wzrost poziomu morza w XX wieku to fizyczna konsekwencja antropogenicznego globalnego ocieplenia. Przyczyniają się do niego (w zbliżonych proporcjach) zarówno rozszerzalność termiczna wody w ocieplających się oceanach jak i topnienie lodowców lądowych i lądolodów.

Dane paleoklimatyczne sięgające tysiące lat w przeszłość stanowią doskonałą podstawę do oddzielenia naturalnej zmienności światowego poziomu morza od rezultatów naszej działalności. Z bardzo wysoką pewnością można powiedzieć, że co najmniej połowa (a prawdopodobnie całość) wzrostu poziomu morza w XX wieku była spowodowana przez ludzkość. Możliwe jest też, że naturalne czynniki mogły powodować obniżanie się poziomu morza, co oznaczałoby, że nasz wkład w zaobserwowany wzrost tego poziomu o 15 cm może przekraczać 100%.

Co będzie dalej?

Dane z przeszłości mogą stanowić też podstawę dla prognoz na przyszłość, opartych o tzw. modele półempiryczne, w których korzysta się ze znanych z historii zależności między temperaturą a poziomem morza (patrz Mit: Prognozy wzrostu poziomu oceanów w XXI w są przesadzone). W pracy Kopp i in. wzrost poziomu morza w obecnym stuleciu został oszacowany na 24-131 cm, zależnie od scenariusza emisji.

W innym opublikowanym ostatnio w PNAS artykule (Mengel i in., 2016), również wykorzystano metodę półempiryczną, ale poszczególne składowe wzrostu poziomu morza (od rozszerzalności termicznej wody, topnienia lodowców oraz lądolodów) uwzględniono osobno. Mimo innej procedury, otrzymano wyniki zbliżone do tych uzyskanych przez Koppa.

Porównajmy prognozy zmiany światowego poziomu morza uzyskane różnymi metodami: zarówno wspomnianymi półempirycznymi, jak i bazującymi na modelach (IPCC, 2013).

Prognozy bazujące na różnych podejściach dają zbliżone rezultaty, co pozwala przypuszczać, że są one dobrymi oszacowaniami. Jest jednak jedno „ale”: podane prognozy nie uwzględniają możliwości rozpoczęcia się szybkiego rozpadu lądolodów Antarktydy i Grenlandii. O ile dość dobrze rozumiemy kwestie rozszerzalności termicznej czy topnienia powierzchniowego, to dynamika lądolodów poddanych podmywaniu przez ciepłe wody oceanów i narażonych na procesy kruszenia hydraulicznego i rozpadu klifu (pisaliśmy o tym więcej w artykułach Rozpad lądolodu Antarktydy Zachodniej nieunikniony oraz Wzrost poziomu morza znacznie szybszy niż prognozowano?) jest wciąż jeszcze na etapie badań. Warto zauważyć, że nowe prace (Levy i in., 2016; Gasson i in., 2016), analizujące stabilność lądolodu Antarktydy w miocenie, w okresie 23-14 milionów lat temu, po uwzględnieniu wspomnianych procesów dynamicznych również poprawnie odtwarzają zmiany objętości lądolodu w tym okresie.

Wszystkie wspomniane badani pokazują, że lądolód Antarktydy jest bardzo wrażliwy na wzrost temperatury i jego rozpad może przebiegać znacznie szybciej, niż nam się wcześniej wydawało.

Szacuje się, że sam wkład topniejącego lądolodu Antarktydy może prowadzić do dodatkowego wzrostu poziomu morza o mniej więcej metr do końca stulecia oraz kilkunastu metrów w następnych stuleciach.

Następne tysiąclecia

Wyemitowane przez nas w najbliższych dekadach gazy cieplarniane będą miały bardzo długotrwały wpływ na ocieplenie klimatu, a przez to na wzrost poziomu morza. Wyemitowany przez nas dwutlenek węgla w dużej części pozostanie w atmosferze przez tysiące lat, podnosząc temperaturę i tym samym prowadząc do topnienia lądolodów Antarktydy i Grenlandii. Ze względu na ich olbrzymią masę i bezwładność termiczną możemy spodziewać się podnoszenia się poziomu morza przez kolejne tysiąclecia (Clark et al. 2016). Nawet jeśli ograniczymy ocieplenie do 2°C to i tak możemy oczekiwać docelowego wzrostu poziomu morza o około 25 metrów.

Ten oczekiwany przy ociepleniu klimatu wzrost poziomu morza nie jest dla klimatologów żadnym zaskoczeniem – w przeszłości geologicznej Ziemi w okresach wyższych temperatur lądolody zanikały, a pochodząca z nich woda znacząco podnosiła poziom oceanów (patrz m.in. ostatni przegląd Dutton i in., 2015 w Science). Był za to niemałym zaskoczeniem dla przedstawicieli władz miejskich Gdańska i Elbląga, którzy dowiedziawszy się, że ich obchodzące całkiem niedawno 750-lecia istnienia miasta za kolejne 750 lat mogą być już tylko atrakcją dla nurków byli wyraźnie skonsternowani. Dla mnie, Gdańszczanina z urodzenia i serca, wizja takiej (niezbyt już odległej) przyszłości mojego miasta jest zupełnie nie do przyjęcia.

Marcin Popkiewicz na podst. RealClimate Millennia of sea-level change