Парадокс Антарктиды: таяние льда и одновременный подъем суши – как это влияет на уровень моря?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com

Антарктический ледяной щит — это гигантское скопление льда, покрывающее континент Антарктида и играющее ключевую роль в формировании климата Земли. В нем сосредоточено около 61% всех запасов пресной воды на планете, и его таяние представляет серьезную угрозу для прибрежных регионов по всему миру. Прогнозирование реакции ледяного щита на изменение климата является сложной задачей, требующей учета множества факторов, включая взаимодействие льда с атмосферой, океаном и, что особенно важно, с твердой Землей, на которой он покоится.


На протяжении тысячелетий огромная масса льда оказывает давление на земную кору, заставляя ее прогибаться. Этот процесс, называемый гляциоизостазией, приводит к изменению формы земной поверхности и перераспределению массы внутри планеты. Когда ледники тают, земная кора начинает подниматься — явление, известное как гляциоизостатическая адаптация (ГИА). Этот «отскок» земной коры может происходить на протяжении столетий и тысячелетий, оказывая существенное влияние на динамику ледяного щита и уровень мирового океана.

ГИА влияет на уровень моря двумя основными способами. Во-первых, поднятие земной коры в местах отступления ледников приводит к понижению уровня моря у линии заземления — границы, где ледник начинает плавать. Это, в свою очередь, замедляет таяние льда и стабилизирует ледник, поскольку скорость таяния зависит от глубины воды у его основания. Этот механизм, называемый «морским отзывом», действует как отрицательная обратная связь, сдерживающая таяние ледников. Во-вторых, когда освобожденные ото льда участки морского дна поднимаются, вода вытесняется из Антарктиды, способствуя повышению уровня Мирового океана. Этот эффект, называемый «вытеснением воды», действует как положительная обратная связь, усиливающая повышение уровня моря.

Ледники Антарктиды, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Какой из этих эффектов окажется сильнее, зависит от сценария изменения климата и скорости таяния льда. В оптимистичном сценарии, когда человечеству удастся сдержать потепление, «морской отзыв» окажется сильнее, замедляя таяние и стабилизируя ледники. В пессимистичном сценарии с быстрым потеплением таяние ускорится настолько, что эффект «морского отзыва» окажется незначительным, и вытеснение воды станет доминирующим фактором, ускоряя повышение уровня моря.

Схема, иллюстрирующая механизмы обратной связи по уровню моря и вытеснения воды. (Левая колонка) Иллюстрация механизма обратной связи по уровню моря, который доминирует при низких климатических воздействиях, когда поднятие коренных пород и опускание поверхности моря под морскими секторами, подстилаемыми маловязкими породами, уменьшает потери льда через линию заземления, что приводит к уменьшению повышения уровня моря в дальней зоне (нижняя панель) по сравнению со сценарием, в котором эти эффекты исключены (верхняя панель). (Правая колонка) Иллюстрация механизма вытеснения воды, при котором открытые участки океана в Антарктиде продолжают отскакивать (нижняя панель), вытесняя воду из Антарктиды и повышая уровень моря в дальней зоне по сравнению со сценарием с жестким дном (верхняя панель). Отметим, что в целом оба механизма активны, но при слабом климатическом воздействии обратная связь по уровню моря доминирует, и GIA уменьшает вклад WAIS в повышение уровня GMSL. С другой стороны, при сильном климатическом воздействии отступление ледяного покрова происходит слишком быстро, чтобы быть сильно чувствительным к поднятию донных пород, а обратная связь от уровня моря слабее, поэтому ледяной покров отступает одинаково независимо от того, принята ли жесткая или трехмерная вязкоупруго деформирующаяся модель Земли, но существенная потеря льда и поднятие донных пород происходит в открытых морских районах при использовании трехмерной деформирующейся модели Земли. Таким образом, доминирующим эффектом является вытеснение воды, что увеличивает вклад Антарктиды в среднее глобальное повышение уровня моря.
Автор: Natalya Gomez et al., The influence of realistic 3D mantle viscosity on Antarctica's contribution to future global sea levels.Sci. Adv.10,eadn1470(2024).DOI:10.1126/sciadv.adn1470 CC-BY 4.0 Источник: www.science.org

Для точного прогнозирования необходимо учитывать неравномерное распределение вязкости земной мантии — слоя, лежащего под земной корой. Антарктида — геологически сложный континент, где области с низкой вязкостью (например, море Амундсена) соседствуют с древними кратонами с высокой вязкостью (Восточная Антарктида). Игнорирование этой неоднородности приводит к существенным ошибкам в прогнозах. Так, модели с усредненной вязкостью занижают поднятие коры в Западной Антарктиде и преувеличивают его в Восточной, искажая картину таяния льда.

3D структура Земли под AIS. (A и B) Построенная 3D структура вязкости Земли на основе сейсмической томографии в Антарктиде и в глобальном масштабе, нанесенная (A) на глубине 120 км и (B) вдоль вертикального сечения под ледником Твейтса (показано красными линиями в кадре (A)), с использованием той же цветовой шкалы вязкости. Вертикальная ось над сплошной черной линией в кадре (B) была усилена, чтобы показать изменения толщины льда и высоты подстилающей породы. Серая область под сплошной черной линией представляет собой толщину литосферы вдоль поперечного сечения в 3D-модели, а пунктирная черная линия — 96-километровую толщину литосферы в одномерной эталонной модели. Вариации вязкости относятся к эталонной одномерной радиально изменяющейся вязкоупругой модели, представляющей среднюю Антарктиду с вязкостью 1020 Па с в верхней мантии от основания литосферы до глубины 670 км. Черная рамка в (A) показывает область моделирования вложенной модели ледникового покрова с более высоким разрешением, а зеленая линия очерчивает область уточнения сетки в модели GIA. Розовая линия определяет разделение WAIS-EAIS, принятое в расчетах вклада в уровень моря.
Автор: Natalya Gomez et al., The influence of realistic 3D mantle viscosity on Antarctica's contribution to future global sea levels.Sci. Adv.10,eadn1470(2024).DOI:10.1126/sciadv.adn1470 CC-BY 4.0 Источник: www.science.org

Ученые подчеркивают, что для получения надежных прогнозов необходимы дальнейшие исследования, направленные на уточнение структуры земной мантии и мониторинг таяния ледников. Использование более точных данных о вязкости мантии позволит улучшить модели ГИА и сделать прогнозы таяния льда и повышения уровня моря более точными. Это, в свою очередь, поможет разработать эффективные стратегии адаптации к изменению климата и снизить его негативные последствия для прибрежных регионов по всему миру.