Mit: Topnienie lądolodu Antarktydy powoduje ukryty pod nim wulkan

Topi się czy płynie?

Choć potocznie często mówimy, że „Antarktyda topnieje”, nie jest to najlepsze określenie. Odwołuje się do naszego doświadczenia (np. z lodami na patyku) ale niezbyt precyzyjnie opisuje to, co dzieje się z gigantycznym i skomplikowanym ciałem, jakim jest południowy lądolód. W przeciwieństwie do lodów włoskich w wafelku, Antarktyda nie topnieje po wierzchu, przygrzewana promieniami Słońca. Jak piszemy w artykule Mit: Na Antarktydzie jest za zimno, żeby jej lody topniały, masę lądolodu (i jej zmiany) dyktuje jej bilans. Dostawę masy zapewniają Antarktydzie opady śniegu nad kontynentem, a ubytek odłamywanie się (tzw. cielenie) lub topienie jęzorów lodowych sięgających morza. Choć nie zobaczymy tego gołym okiem, lód antarktyczny jest w ciągłym ruchu (mówimy o nim, że „płynie”). To od tempa przepływu masy zależy w znacznej mierze, czy lodu na Antarktydzie przybywa, czy ubywa. Dlatego należy mówić raczej o „spadku masy lodu na Antarktydzie”, a nie o jej „topnieniu”.

Wizualizacja przepływów lodu na Antarktydzie wykonana przez NASA GSFC na podstawie pomiarów satelitarnych trzech agencji kosmicznych – kanadyjskiej, japońskiej i europejskiej. Animacja przedstawia naturalny transport lodu z wnętrza kontynentu ku wybrzeżom. Kolorami oznaczono prędkości płynięcia lodu (kolory czerwony i fioletowy odpowiadają największym prędkościom).

Co kryje się pod lodem?

Dla tempa przemieszczania się lodu z wnętrza kontynentu do oceanu znaczenie ma nie tylko to, jak szybko kolejne warstwy śniegu spychają stary śnieg i lód w dół i na boki. Ważne jest także to, co dzieje się na styku pomiędzy lodem a podłożem. Jeśli znajduje się tam woda, istotne jest, czy płynie w strumieniach, czy też sączy się przez wierzchnią warstwę gruntu, zamieniając go w błoto. Koryta strumieni działają podobnie jak bieżnik opony: zapobiegają ślizganiu się lodowca po podłożu. Błoto tymczasem stanowi świetną warstwę poślizgową, ułatwiającą dużym masom lodu ruch do przodu.

„Strumienie czy błoto?” – to pytanie zadali sobie naukowcy z Uniwersytetu w Teksasie, badający lodowiec Thwaites, jeden z największych i podlegających najszybszym zmianom lodowców Antarktydy Zachodniej. Dzięki skomplikowanej i nowatorskiej analizie danych z penetrującego lód radaru, udało im się ustalić, co dzieje się na styku lodowca z podłożem i oceanem. Jak pokazuje poniższy rysunek, podmywająca lodowiec woda wdziera się pod niego w postaci strumieni, żłobiących sobie koryta w lodzie i podłożu. Głębiej traci impet i zaczyna rozpływać się i sączyć przez wierzchnią warstwę gruntu, prowadząc do powstania błotnistej warstwy. Na linii rozgraniczającej te dwie strefy marsz lodu do morza spowalnia, w rezultacie czego następuje tam jego spiętrzenie. Zmiana warunków wodnych w tym rejonie, albo skuteczne podmycie go przez wody oceaniczne, oznaczałoby destabilizację i szybki zanik dużej części lodu (Schroeder i in., 2013).

Ale miało być o wulkanie!

Owszem, pod warstwą lodu i gruntu Antarktydy Zachodniej trwa aktywność wulkaniczna – i wiadomo o tym od dawna. Nie należy jednak wyobrażać sobie bulgoczącej lawy, która stykając się z lodem natychmiast zamienia go w parę. W artykule, od którego zaczęły się plotki o „topiącym Antarktydę wulkanie (opublikowanym przez Schroedera z zespołem w 2014 r.), przeczytamy jedynie o zróżnicowaniu „strumienia ciepła geotermalnego” pod wspomnianym już wyżej lodowcem Thwaites. Nie należy tego strumienia mylić ani ze strumieniem wody, ani ze strumieniem magmy. To po prostu przepływ energii z ziemi do lodu, wody i powietrza – taki sam, jak strumień ciepła między konwencjonalną fajerką, patelnią i leżącym na niej kotletem.

Schroeder i jego koledzy z Uniwersytetu w Teksasie ponownie wykorzystali obserwacje radarowe i połączyli je z opartym na opisanych wyżej badaniach modelem podlodowcowej sieci wodnej. Udało im się stworzyć mapę strumienia ciepła geotermalnego u podstawy lodowca. Do tej pory przy przewidywaniu dalszych losów lądolodu – z braku lepszych informacji – zakładano, że jest on podgrzewany jednorodnie od dołu (jak naleśnik na patelni elektrycznej). Teraz jednak udało się zidentyfikować konkretne miejsca, w których dostawy ciepła są większe niż wokół. Należą do nich między innymi okolice wulkanu Takahe (który ostatnio wybuchł ponad 5,5 tys. lat p.n.e.) oraz sąsiedztwo gór Crary’ego. Strumień ciepła z głębi Ziemi może tu lokalnie przekraczać 200 mW/m², podczas gdy średnio w rejonie lodowca Thwaitesa wynosi 114 mW/m².

Czy to wysokie wartości? I tak i nie. Średni strumień ciepła geotermalnego na terenie kontynentów wynosi 65 mW/m², a podane przez Schroedera i kolegów wartości są charakterystyczne dla obszarów ryftów oceanicznych. Nie jest to niespodzianką, ponieważ lodowiec Thwaites leży właśnie w obszarze Ryftu Zachodnioantarktycznego. Warto jednak pamiętać, że nawet te „wysokie wartości” są niskie w porównaniu ze strumieniem energii, jaki dociera do nas od Słońca, a który liczymy w setkach watów a nie – miliwatów.

Jednak ocean!

Naukowcy zajmujący się badaniem dynamiki lodowców antarktycznych są zgodni: główną przyczyną spadku ich masy jest sąsiedztwo coraz cieplejszego oceanu. Potwierdzają to opublikowane ostatnio prace dokumentujące cofanie się lądolodu w rejonie Antarktydy Zachodniej (Rignot i in. 2014, polskie streszczenie na portalu Glacjoblogia) oraz analizujące ten proces z wykorzystaniem modeli numerycznych (Joughin in. 2014). O tym procesie przeczytasz także w naszym tekście: Mit: Na Antarktydzie jest za zimno, żeby jej lody topniały.

Jak podkreśla Dusty Schroeder w rozmowie z Vice News:

Najszybsze zmiany zachodzą tam, gdzie ocean jest najcieplejszy. Dopływ ciepła geotermalnego sam w sobie nie spowodowałby zaobserwowanych zmian.

Tak oto artykuł Schroedera i in. (2014) komentuje geolog Richard Alley:

To prawda, że na Antarktydzie Zachodniej są aktywne wulkany i w związku z tym możliwe są różne lokalne zmiany [w topnieniu lodu u podstawy lodowców]. Jednak w większości przypadków nie dochodzi do wybuchów wulkanów pod powierzchnią lodu. Ten artykuł jest ekscytujący dla geologów i specjalistów zajmujących się modelowaniem numerycznym, których obiektem zainteresowania jest Antarktyda. Nie tłumaczy jednak, dlaczego lód robi się obecnie coraz cieńszy.

To, co dzieje się na Antarktydzie, interesuje nas w dużej mierze ze względu na rosnący poziom morza. Glacjolodzy wykorzystują obserwacje i modele numeryczne, by przewidzieć, jak szybko lądolód Antarktydy będzie się zmieniać w oceaniczną wodę. Szczegółowe informacje na temat tego, co dzieje się pod lodem, znacznie ułatwią ustalenie punktów krytycznych, po przekroczeniu których zanik poszczególnych fragmentów lądolodu przyśpieszy lub stanie się nieodwracalny (czytaj także: Antarktyda jak butelka).

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