К глобальному потеплению и дальнейшим климатическим изменениям, которые оно вызывает, можно относиться по-разному, но не замечать его уже невозможно. Более того, многочисленные наблюдения показывают, что с каждым годом климат меняется все стремительнее. Особенно это заметно в приполярных регионах, где потепление происходит намного быстрее, чем в средних широтах, и это сильно сказывается на таянии льдов. Крупнейший ледник северного полушария – Гренландский ледяной щит – одновременно и лакмусовая бумага для климатических изменений, и их двигатель.
В престижном журнале Nature Communications вышла статья американских и голландских ученых о поведении Гренландского ледяного щита, которая основана на анализе различных параметров за период с 1985 по 2018 год. Авторы заключают, что его таяние в последнее время ускорилось.
Гренландский ледяной щит сокращается за счет двух параллельных процессов: таяния льда на поверхности острова и откола айсбергов в тех местах, где ледник стекает к морю. Автор статьи, Микела Кинг и ее коллеги, установили, что в последние годы (2008–2018) разрушение Гренландского ледника ускорилось на 14% по сравнению с периодом между 1985 и 1999 годами. Раньше его летние потери восполнялись снегом, выпадавшим в зимний период. Хотя год на год не приходился, и ледник то чуть подрастал, то чуть сокращался, но в среднем количество льда сильно не изменялось. Однако после 2000 года Гренландский ледник стал терять свою массу быстрее. В последние годы он теряет 500 миллиардов тонн в год, и эти потери в полной мере уже не восполняются. В результате ледник начал отступать. Процесс будет продолжаться и дальше – даже в том случае, если глобальная температура немного снизится.
Прошло ли таяние льдов Гренландского щита точку невозврата? С этим согласны не все ученые. Радио Свобода разобралось, какое место в современной климатической системе занимает Гренландский ледяной щит, какие последствия вызовет его таяние и действительно ли все выглядит столь мрачно.
Почему Гренландия важна для климата?
Последние почти три миллиона лет именно высокие широты Северного полушария, и в первую очередь Северной Атлантики, дирижируют климатическими изменениями. В то время как в Антарктиде лед присутствует постоянно, в Северном полушарии огромные покровные ледники, которые принято называть ледниковыми щитами, то появляются, то исчезают. В ледниковые периоды льдами покрыты огромные участки суши в Северной Америке, Европе и даже в Азии. Все эти территории превращаются в этакий огромный морозильник. Для этого есть все предпосылки, а именно: наличие суши (на поверхности моря льды постоянно снизу подмываются водой и не могут накопить большую массу) и достаточного количества осадков в виде снега, которые обеспечивает испарение воды Атлантического океана.
Гренландский ледник – крупнейший в Северном полушарии, и его состояние имеет огромное значение для климата. Наиболее очевидное последствие таяния льдов – это повышение уровня Мирового океана. Если ледовый покров одной только Гренландии растает полностью, то, по приблизительным оценкам, уровень моря повысится примерно на 7,2 метра, что будет иметь серьезные последствия.
Впрочем, это случится не в одночасье. Согласно самому экстремальному климатическому сценарию будущего, который предполагает повышение температуры на 8°C к 2130 году, потребуется около тысячи лет для того, чтобы лед в Гренландии полностью растаял. При этом столь радикальный сценарий повышения температуры маловероятен. Он предполагает, что выбросы углекислого газа увеличатся к 2130 году в восемь раз. Но даже при сохранении современной тенденции, если соглашения по ограничению выбросов не будут соблюдаться, за этот период объем выбросов вырастет "всего" в четыре раза.
Однако в связи с таянием льдов существует еще одна, на первый взгляд менее очевидная, опасность с очень серьезными климатическими последствиями. И тут скорость разрушения гренландских льдов играет самую непосредственную и важную роль.
Два океанических мотора
Климатические изменения в последние 2,8 миллиона лет напрямую связаны с циркуляцией Мирового океана, то есть поведением течений. Около трех миллионов лет назад в результате тектонических процессов образовался Панамский перешеек, он закрыл пролив между Северной и Южной Америкой, что и сформировало современную океаническую циркуляцию в том виде, в котором мы ее знаем. Механизм этой циркуляции и его зависимость от траектории земной орбиты описал американский ученый Уоллес Брокер (и это стало одним из самых весомых открытий в науке ХХ века). Он назвал этот механизм глобальным океаническим конвейером. Если мы посмотрим на схему современных течений, то увидим, что эта система похожа на непрерывную ленту, которая то поднимается на поверхность океана, то уходит на глубину.
Этот конвейер постоянно перемещает океаническую воду, а вместе с водой – и тепло. Если какой-то сегмент конвейера замедлится или, что еще хуже, перестанет работать, то это немедленно отразится на всем конвейере. Тепловой бюджет Европы очень сильно зависит от системы теплых течений, которые являются продолжением Гольфстрима и одновременно частью океанического конвейера. Что же заставляет его работать? Он работает, в первую очередь, за счет ветров, но не только.
Существует три места на Земле, где поверхностные течения ныряют вглубь океана. Их можно образно назвать моторами глобального океанического конвейера. Один такой мотор находится у берегов Антарктиды и два – около Гренландии: в Лабрадорском море и в Норвежско-Гренландском бассейне. Последние два довольно чувствительны к поступлению льдов с Гренландских ледников. Большое количество талой воды способно очень сильно повредить эти моторы – как если бы в двигатель машины подсыпать песка.
Физика вертикального перемещения воды известна. Теплые воды Северо-Атлантического течения пересекают Атлантику приблизительно в районе 45° северной широты, и на восточной стороне, южнее Исландии, это течение делится на две ветви: одна идет на север в Норвежско-Гренландский бассейн в виде Норвежского течения, а другая отклоняется к западу и в конце концов попадает в море Лабрадора. Теплые воды на севере сильно охлаждаются, достигают температуры замерзания, начинает образовываться лед, соленость и плотность воды при этом возрастает, и она под действием силы тяжести уходит на глубину, где образует компенсирующий глубоководный поток, который является необходимой частью океанического конвейера.
Но если в Норвежско-Гренландский бассейн и/или в море Лабрадора попадет большое количество талых вод, то это существенно снизит плотность поверхностной воды, она станет легче и уже не сможет уходить на глубину. Океанический конвейер замедлится или остановится совсем – тут все зависит от количества талой воды и от того, как быстро она сбрасывается в бассейн. Продолжая аналогию с двигателем, можно сказать что одна песчинка его не испортит, но если в двигатель насыпать ведро песка, то работать он перестанет. То же самое и с моторами океанического конвейера: если в один момент огромное количество льда попадет в виде айсбергов в Норвежско-Гренландский бассейн, то конвейер этого не выдержит и перестанет работать.
Конвейер ломается
И такие события в отдаленном прошлом уже были. Палеоклиматологи легко вычисляют их по отложениям песка и мелких камушков, которые оставили после себя растаявшие айсберги, и видят, что они всегда сопровождались резкими значительным похолоданиями. Сценарий этих событий выглядит приблизительно так: в Североатлантический регион в один момент сбрасывалось огромное количество айсбергов, целые армады, они дрейфовали по течению и постепенно таяли. И циркуляция в Северной Атлантике замедлялась вплоть до полной остановки. Причем остановка происходила очень быстро – всего лишь за какие-то десятки лет, а вот на восстановление требовались долгие сотни, а чаще – тысячи лет. Мы видим, что такие события происходили с определенной регулярностью: это открытие, сделанное более 20 лет назад, стало большой научной сенсацией, причем нерадостной. Сразу же возникли опасения, что если Гренландский ледяной щит начнет стремительно таять, то мы станем свидетелями настоящей климатической катастрофы.
Однако ученые тут же обратили внимание на то, что такие резкие похолодания происходили только во времена ледниковых периодов. А вот во время межледниковий, похожих на наши современные условия, похолодания, вызванные, предположительно, замедлением океанического конвейера, не были столь драматическими – максимум на 1,5°C в средних широтах, что хотя и весьма ощутимо, но все же катастрофой не является. Сопоставимые похолодания могут быть вызваны также и ослаблением солнечной активности и/или усилившимся вулканизмом. Примером тому может служить Малый ледниковый период, имевший место с начала XV до середины XIX века, когда средние летние температуры в Европе опустились максимум на 1,2°C.
Чем же объяснить эту разницу в силе похолоданий во время ледниковий и межледниковий? Ведь механизм, казалось бы, был одинаков? Ответ прост: во времена межледниковых периодов не образуется огромных покровных ледников – таких как Лаврентийский, который занимал почти всю территорию современной Канады и даже часть Соединенных Штатов, и Скандинавский, который на востоке доходил до Таймыра, а на западе – до Германии и до Англии. Причем они занимали собой не только сушу, но распространялись и на морской шельф и имели протяженную и тесную связь с морем. Однако эти щиты успели растаять при переходе от ледникового периода к межледниковью. Следовательно, исчез и дополнительный источник льда, который смог бы обеспечить резкое и сильное похолодание. Лед с Гренландского ледника поступает в океан сравнительно небольшими порциями, и течения успевают ассимилировать талую воду. И хотя эти поступления тоже способны оказать последствия на систему течений, они не будут иметь столь драматичный характер, как во время ледниковий.
Опасные фьорды Гренландии
Что в этом контексте означает ускорившееся таяние гренландского льда? Если посмотреть на географическую карту Гренландии, можно заметить, что почти по всему периметру острова лежит сравнительно узкая полоска земли, свободная ото льда, что сильно отличает гренландский ледниковый покров от антарктического. Алексей Екайкин, гляциолог из санкт-петербургского Арктического и антарктического научно-исследовательского института, который работал в Гренландии, объясняет, что накопление массы ледяного щита происходит в центре, и от него ледник постепенно растекается к периферии.
Но при этом ледяной щит Гренландии стекает к океану не равномерно по всему периметру, а образует так называемые выводные ледники – своего рода языки, которые движутся быстрее основного ледника. Они выпахивают глубокие борозды, похожие на каньоны, которые продолжаются в море, и образуют там узкие и глубокие заливы – фьорды. В море от переднего фронта выводных ледников откалываются огромные глыбы льда, которые начинают свое путешествие в океане уже в виде айсбергов.
Берега Гренландии буквально изрезаны фьордами. Океанолог Сергей Кириллов из университета Манитобы (Канада), работавший во фьордах Гренландии, подчеркивает, что именно контакт с водой играет очень важную роль при разрушении выводных ледников. Присутствие талых вод во фьордах способствует усилению циркуляции между ними и открытым океаном. Как следствие, из океана поступают теплые атлантические воды и ускоряют разрушение морской части ледника. То есть процесс усиливает сам себя. А это означает, что до тех пор, пока языки выводных ледников имеют контакт с морем, разрушение ледников будет продолжаться.
Пройдена ли точка невозврата?
Так прошла ли Гренландия “точку невозврата”? Известный немецкий климатолог Штефан Рамшторф проанализировал опубликованную в Nature Communications статью и пришел к выводу, что хотя такая точка применительно к таянию Гренландского ледяного щита существует, но в статье Микелы Кинг и ее соавторов о ней ничего не говорится.
Рамшторф полагает, что когда ледник отодвинется еще дальше вглубь острова и связь между ним и океаном прервется, будущее Гренландского ледяного щита будет определять соревнование между таянием льда с поверхности ледника и снегопадами. В этом новом состоянии для того, чтобы щит продолжал терять массу, нужно, чтобы таяние было интенсивнее снегопадов. Этот процесс тоже может привести к постепенному сокращению ледового покрова, но не такому резкому, как при его непосредственном соприкосновении с морем.
Точку зрения Рамшторфа разделяют и другие ученые. “Связь с морем не прервется только в одном случае, – говорит Алексей Екайкин, – если морская вода будет проникать по узким проливам вглубь острова. Проблема в том, что в центральной части острова ложе ледника находится ниже уровня моря, так как массивный ледник, толщина которого местами превышает 3000 метров, продавливает землю под ним”. Однако, чтобы оценить вероятность и скорость такого процесса, нужно понимать баланс между состоянием этих проливов, их глубиной, скоростью таяния ледника и той скоростью, с которой суша будет подниматься после снятия нагрузки. Но такая возможность в обсуждаемой статье даже не описывалась.
Может ли лед в Гренландии полностью растаять?
Самым хорошо изученным периодом, во время которого гренландский ледяной щит либо исчез полностью, либо от него осталась сравнительно небольшая ледяная шапка на северо-востоке острова, является межледниковый период, именуемый морской изотопной стадией-11 или коротко МИС 11. Этот период начался приблизительно 425 тысяч лет назад. Ученые называют его супермежледниковьем, потому что в тот период проявились те самые климатические черты, которые мы ожидаем в будущем и которых опасаемся. Гренландия тогда была настоящей "грин ленд" – зеленой землей, ее поверхность, по меньшей мере всю ее южную часть, покрывали хвойные леса. В северной Сибири температуры были на 4–5°C выше, чем во время голоцена, нынешнего межледникового периода, а уровень моря, по максимальным оценкам, был на 13 метров выше современного. Такой высокий уровень моря объясняется, конечно, не только таянием гренландских льдов (это бы повысило уровень только на 7,2 метра), но и таянием континентальных ледяных шапок, таких, какие мы видим на горнолыжных курортах, а также таянием западной части Антарктического ледяного щита и расширением воды, ведь чем теплее вода, тем больший объем она занимает.
Но коллапс океанического конвейера, тем не менее, не случился даже тогда. Самое страшное, что ученым удалось найти, – это свидетельство одного довольного продолжительного эпизода похолодания на 1,5°C в Северной Атлантике. Более того, данные из морских осадков показывают, что хотя на поверхность Норвежско-Гренландского бассейна действительно присутствовало много пресной воды на всем протяжении МИС 11 (особенно во время первой половины этого периода), океаническая конвекция не разрушилась, и относительно прохладным оставался только этот небольшой регион. Судя по всему, в межледниковые эпохи океанический конвейер весьма стабилен и разрушить его не так легко, как в ледниковые эпохи, что подтверждается и данными моделирования.
Итак, точку невозврата Гренландский ледниковый щит пока что не прошел, и когда это случится, тоже неизвестно. Процесс его таяния, возможно, остановится в будущем, когда лед отступит от берегов вглубь острова, а возможно и нет – это зависит от многих причин. Климатические изменения происходят быстро – но в геологическом масштабе времени, а не так, как в фильме The Day After Tomorrow.
