www.nun.sk

„Klimatický“ osud Európy leží v Arktíde

autor: Jozef Pecho, 29. januára 2013

  

Arktída sa v priebehu 20. storočia otepľovala približne dvojnásobne rýchlejšie ako zvyšok sveta – v niektorých jej regiónoch sa teplota vzduchu v priebehu posledných 60 rokov zvýšila aj o viac ako 2°C (napr. severné pobrežie Aljašky). Klimatické modely všeobecnej cirkulácie atmosféry (GCMs) predpokladajú, že aj vďaka javu známeho pod termínom „Arctic/Polar amplification effect“ (arktický/polárny zosilňujúci efekt), sa prevažná časť Arktídu bude v 21. storočí ďalej otepľovať, a to dokonca ešte rýchlejšie ako doposiaľ. Stredný odhad počíta so zvýšením priemernej ročnej teploty až o 8°C do roku 2100. Dnes už tiež vieme, že súčasné otepľovanie ukončilo v Arktíde asi 2000 rokov dlhé obdobie ochladzovania (http://www.sciencemag.org/content/325/5945/1236.short).

                

Obr.1: Grónsko stráca ročne viac ako 250 Gt ľadu - na obrázku je jedne z odtokových kanálov odpadnej sladkej vody

Jedným z najnápadnejších dôsledkov rýchleho otepľovania Arktídy je ústup polárneho zaľadnenia – plocha morského ľadu klesá rýchlosťou 12-13% za desaťročie (na základe satelitných údajov; obdobie 1979-2012), a tento pokles sa stále zrýchľuje. Pritom rýchlosť s akou sa tak deje v posledných rokoch prekvapuje dokonca aj samotných vedcov. Oveľa alarmujúcejší je ale rýchly a bezprecedentný úbytok viacročného ľadu – ten má oproti jednoročnému tú výhodu, že je nielen hrubší, ale predovšetkým stabilnejší. Ešte v roku 1987 tvorila viac ako polovica celého objemu morského ľadu 5 a viacročný ľad (57%). V porovnaní s tým to bolo v roku 2007 už len 7%, pričom, napríklad, ľad s vekom 9 a viac rokov nebol takmer zaznamenaný (http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2007GL032043/abstract).

               

Obr. 2: Jazierka roztopenej odpadnej vody na povrchu morského (vľavo) a kontinentálneho ľadovca (vpravo)

Čo sa teda v Arktíde skutočne deje? Zdá sa, že okrem iniciálneho otepľovania kvôli rastúcej intenzite skleníkového efektu, tu pôsobia aj nejaké ďalšie fyzikálne procesy, ktoré zvyšovanie teploty urýchľujú (zosilňujú). Medzi najznámejšie procesy zosilňujúce otepľovanie Arktídy patrí tzv. albedo-effect, ktorý možno jednoducho vysvetliť asi takto: otepľovanie vzduchu vedie k roztápaniu/ústupu snehu a ľadu. V prípade, že sneh alebo ľad pokrýva zemský povrch, jeho prirodzené vysoké albedo zabezpečuje, že prevažná časť slnečného žiarenia sa odrazí späť do atmosféry a kozmického priestoru bez toho, aby prispel k ohrievaniu povrchu či atmosféry (pri čerstvom snehu to môže byť aj viac ako 90-95% žiarenia). V prípade, že sneh alebo ľad na zemskom povrchu skutočne chýba – a to najmä v teplejšej časti roka, pri väčšom uhle dopadu slnečného žiarenia – a nahradí ho tmavší povrch pôdy alebo morskej vody (alebo v závislosti od povrchu menej ako 30%, pri vode aj menej ako 10%), zemský povrchu absorbuje väčšie množstvo žiarenia a to znamená, že sa aj viac ohreje. Ohriaty povrchu výraznejšie zohrieva prízemné vrstvy vzduchu a dochádza tak k rýchlejšiemu nárastu jeho teploty. Rýchly ústup nielen morského zaľadnenia, ale aj snehovej pokrývky v jarnom období vedie k zásadným zmenám (rastu) veľkosti toku tepla zo zemského povrchu do atmosféry, a tým aj k rýchlejšiemu otepľovaniu, ako napríklad v iných častiach sveta. Takto nejako funguje „Arctic/Polar amplification effect“ v tvrdej realite. Nie je to však ani zďaleka jediný príklad silnej pozitívnej spätnej väzby v oblasti Arktídy.      

                                                           

Obr. 3: Jedoduchá schéma jednej z pozitívnych spätných väzieb (Albedo-efekt)

Fyzikálny mechanizmus jednej z novšie objavených bol prednedávnom odhalený (kvantifikovaný) priamo na povrchu plávajúceho morského ľadu. O čo išlo? Teplejší vzduch nad povrchom ľadu vedie k jeho topeniu. Voda z topenia však neodteká priamo do oceánu, ale po istú dobu zotrváva na povrchu ľadu a sústreďuje sa do menších alebo väčších jazierok (Obr. 5). Nedávny výskum, ktorý sa zameral na meranie tokov tepla a dlhovlnnej radiácie pod morským ľadom naznačil, že práve kvôli prítomnosti vody na povrchu ľadu sa samotný ľad nielen rýchlejšie topí (zvyšuje sa absorbcia tepla z priameho slnečného žiarenia), ale navyše je schopný prepúšťať väčšie množstvo tepla smerom do oceánu. Vedci si doposiaľ mysleli, že pozitívna väzba otepľovania zo strany oceánu (oceán má totižto výrazne nižšie albedo ako plávajúci ľad a je teda schopný prijať viac tepla zo slnečného žiarenia) funguje najmä vtedy, keď plávajúci ľad takmer 100-percentne nahradí voľná hladina. Teraz sa ale zdá, že uvedený efekt zosilňujúci otepľovanie vstupuje do hry oveľa skôr. Dôsledky tohto procesu sú alarmujúce – viac prepusteného tepla cez ľadovú masu neznamená len viac tepla a energie v oceáne, ale aj rýchlejšie topenie ľadu v jeho spodných častiach. (Viac sa o tomto výskume môžete dočítať tu: http://www.awi.de/en/news/press_releases/detail/item/meltponds_acclerate_the_melting_of_the_arctic_sea_ice/?tx_list_pi1[mode]=6&cHash=ffac6f13493d2ad525774589b137112f). 

                                    

Obr. 4: Plocha morského zaľadnenia v septembri (mil. km2) podľa klimatických predpovedných modelov a skutočnosti (červená línia); Zdroj: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2007GL029703/abstract

                                  

Obr. 5: Zmeny absorbcie priameho slnečného žiarenia povrchom morského ľadu a oceánom v rokoch 1980 a 2010 (Zdroj: http://thinkprogress.org/climate/2013/01/27/1501201/arctic-death-spiral-feedback-melt-ponds-sea-ice/)

Ako vidieť, rýchlejší ústup morského ľadu nie je len dôsledkom rastúcej teploty morských prúdov, ktoré privádzajú teplejšiu vodu do Arktídy z trópov, ale aj procesov, ktoré sa odohrávajú priamo na jeho povrchu. Nie je asi žiadnym prekvapením, že fyzikálne obdobný mechanizmus bol pred niekoľkými rokmi identifikovaný aj na povrchu grónskeho kontinentálneho ľadovca, kde sa podobne ako na povrchu morského ľadu, vytvárajú jazerá odpadovej vody. Rozdiel je len v ich veľkosti. Na povrchu Grónska dosahujú jazerá plochu aj niekoľkých km2 a hĺbku desiatok metrov. V prípade Grónska však jazerá odpadovej vody nielenže pohlcujú svojím tmavším povrchom väčšie množstvo slnečného žiarenia, ale prostredníctvom priesakov vody do útrob ľadovca zrýchľujú jeho topenia aj hlboko pod povrchom (voda tiež pôsobí na báze ľadovca ako lubrigačný gel, ktorý pohyb samotného ľadovce smerom k oceánu urýchľuje). 

A prečo ten názov článku? Nuž ako som uviedol už v jednom z predošlých textov (http://www.facebook.com/notes/jozef-pecho/zimn%C3%A9-cykl%C3%B3ny-a-klimatick%C3%A1-zmena/540819122603110 alebo http://www.facebook.com/notes/jozef-pecho/500-days-of-summer/384655228219501), teplejšia Arktída a zmenšujúci sa horizontálny gradient teploty a tlaku vzduchu medzi severným pólom a miernymi šírkami výrazne modifikuje cirkuláciu vzduchu na severnej pologuli – zo zonálnej sa stáva meridionálna, ktorá v konkrétnych situáciách môže znamenať rýchlejšie premiešavanie polárnych a tropických vzduchových hmôt nad Európou. Výsledok je častokrát jediný – väčšia extremita počasia, a to aj v dôsledku rastúcej perzistencie tlakových útvarov (tzv. atmosférické blokovanie).

  

Zdroje:

http://www.wunderground.com/climate/SeaIce.asp?MR=1

http://thinkprogress.org/climate/2013/01/27/1501201/arctic-death-spiral-feedback-melt-ponds-sea-ice/

http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2237