Gæsteindlæg: Hvor tæt er den vestantarktiske indlandsis på et “vendepunkt”?
Mellem dens øst- og vestlige iskappe og dens halvø rummer Antarktis nok is til at hæve det globale havniveau med omkring 60 meter.
Den vestantarktiske indlandsis (WAIS) er en relativt lille del og indeholder en ismængde, der svarer til en stigning i havniveauet på 3,3 m. Alligevel befinder det meste af det sig i en usikker position og anses for at være “teoretisk ustabilt”.
Som følge heraf anses det generelt for at være den største usikkerhedskilde i forbindelse med langsigtede prognoser for havniveauet, hvordan WAIS vil ændre sig som følge af menneskeskabt opvarmning.
Denne artikel er en del af en ugelang specialserie om “tipping points”, hvor et skiftende klima kan skubbe dele af jordsystemet ud i abrupte eller irreversible forandringer
- Oplysning: Ni “tipping points”, der kan blive udløst af klimaændringer
- Gæstebindlæg: Ni “tipping points”, der kan blive udløst af klimaændringer
- Gæstebindlæg:
- Gæstebindlæg: Kan den atlantiske omdrejningscirkulation “lukke ned”?
- Gæstebindlæg: De irreversible emissioner fra et permafrost-“tipping point”
- Gæstebud:
- Guest post: Kan klimaændringer og skovrydning udløse Amazonas “dieback”?
- Guest post:
Det mest presserende aspekt af denne usikkerhed er at forstå, om instabilitetstærskler for isen er blevet overskredet, om den tilbagetrækning, som vi nu måler, er bestemt til at fortsætte, og om is, der synes uforanderlig i dag, vil forblive sådan i fremtiden.
Den seneste forskning siger, at tærsklen for irreversibelt tab af WAIS sandsynligvis ligger mellem 1,5C og 2C af den globale gennemsnitlige opvarmning i forhold til det førindustrielle niveau. Da opvarmningen allerede er på omkring 1,1 °C, og Parisaftalen sigter mod at begrænse opvarmningen til 1,5 °C eller “langt under 2 °C”, er marginalerne for at undgå denne tærskel virkelig fine.
Marine indlandsis
I henhold til den nylige særrapport om oceanet og kryosfæren (SROCC) fra Det Mellemstatslige Panel om Klimaændringer (IPCC) er der to primære faktorer, der har indflydelse på, hvor meget det globale havniveau vil stige i dette århundrede: fremtidige menneskeskabte drivhusgasemissioner, og hvordan opvarmningen påvirker den antarktiske indlandsis. IPCC siger:
“Efter 2050 øges usikkerheden om den klimaændringsinducerede SLR betydeligt på grund af usikkerhederne i emissionsscenarierne og de dermed forbundne klimaændringer samt reaktionen fra den antarktiske indlandsis i en varmere verden.”
Bekymringen omkring WAIS’ sårbarhed ligger primært i noget, der kaldes “marine ice sheet instability” (MISI) – “marine” fordi iskappens base er under havniveau og “instabilitet” for det faktum, at tilbagetrækningen er selvbærende, når den først er begyndt.
Ice sheets can be thought of as huge freshwater reservoirs. Sneen ophobes i det kolde indre, komprimeres langsomt til gletsjeris og begynder derefter at flyde som en meget tyk væske tilbage mod havet.
Et sted når isen frem til kysten og flyder på havets overflade og danner en ishylde. Grænsen mellem is, der hviler på landoverfladen (eller havbunden i tilfælde af en marine indlandsis), kaldes “grundstødningslinjen”. Det er ved grundstødningslinjen, at det vand, der er oplagret i indlandsisen, vender tilbage til havet. Og når den bevæger sig mod havet, siger vi, at indlandsisen har en positiv “massebalance” – det vil sige, at den tilfører mere ismasse, end den taber tilbage til havet.
Men når grundfjeldslinjen trækker sig tilbage, er balancen negativ. En negativ indlandsisbalance betyder et positivt bidrag til havet og dermed til det globale havniveau.
Instabilitet
Dette grundlæggende billede af indlandsisens massebalance er alt, hvad man behøver for at forstå, hvorfor glaciologer er bekymrede over MISI.
Forandringer i iskappen på den flydende side af grundstødningslinjen – såsom udtynding – kan få isen på den grundstødte side til at løfte sig fra havbunden. Efterhånden som denne is flyder, vil grundstødningslinjen trække sig tilbage. Da isen flyder hurtigere, når den flyder, end den gør, når den er på jorden, vil isens strømningshastighed nær jordforbindelseslinjen stige. Udstrækning forårsaget af den hurtigere strømning bliver en ny kilde til udtynding nær grundstødningslinjen.
Dette er illustreret i nedenstående figur. Når den nyligt flydende is flyder og udtyndes hurtigere, kan den få mere is til at løfte sig og flyde, hvilket driver grundstødningslinjen tilbage.
Dertil kommer, at de områder af indlandsisen, der er i risiko for MISI, har en omvendt eller “retrograd” gradient, hvilket betyder, at den bliver dybere længere inde i landet. Efterhånden som grundingslinjen trækker sig længere tilbage ind i tykkere dele af indlandsisen, accelererer strømmen, hvilket øger istabet yderligere. Den omvendte gradient gør denne proces selvbærende som et positivt feedback loop – det er det, der gør MISI til en ustabilitet.
Illustration af marine indlandsisers ustabilitet, eller MISI. Udtynding af den støttende indlandsis fører til acceleration af indlandsisens strømning og udtynding af den marint terminerede isrand. Da grundfjeldet under indlandsisen er skrånende i retning af indlandsisens indre, medfører udtynding af isen en tilbagetrækning af grundstødningslinjen efterfulgt af en stigning i isstrømmen mod havet, en yderligere udtynding af isranden og en yderligere tilbagetrækning af grundstødningslinjen. Kilde: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a
Det er endnu ikke klart, om MISI-tærsklen er blevet overskredet noget sted i Antarktis. Vi ved dog, at grundstødningslinjerne er ved at trække sig tilbage langs Amundsenhavets kystlinje – mest spektakulært på Thwaites-gletsjeren. Og drivkraften bag tilbagetrækningen synes at være relativt varmt havvand – ca. 2C varmere end det historiske gennemsnit – der strømmer mod grundstødningslinjen og forårsager en kraftigere afsmeltning end normalt.
1,000 km
Antarktisk
halvø
Ronne-isskelf
Østantarktis
Ice Sheet
Pine Island-gletsjer
Sydpolen
Vestantarktiske
Ice Sheet
Transantarktisk bjergområde
Amudsen sea
Thwaites gletsjer
Ross ishylde
Graphic: Carbon Brief. Kilde: Carbon Brief: Hvis ustabiliteten ikke er begyndt, og hvis havopvarmningen stopper, bør grundstødningslinjen finde et nyt balancepunkt på et nyt sted. Men hvis den er begyndt, så vil tilbagetrækningen fortsætte, uanset hvad der så sker.
Snellere strømning
Selv om tærsklen er blevet overskredet – eller selv hvis den bliver overskredet i fremtiden – kan tilbagetrækningen fortsætte med forskellig hastighed, afhængigt af hvor hårdt vi “pressede”, da den begyndte.
Her er, hvordan det fungerer. Ustabiliteten afhænger af en balance af kræfter i indlandsisen. En kraft, der skyldes tyngdekraften, får isen til at flyde med en hastighed, der til dels afhænger af dens tykkelse og dens hældning på overfladen.
En større smeltehastighed på den flydende side og en hurtigere strømning over grundstødningslinjen vil trække isens overflade hurtigere nedad end mindre hastigheder vil gøre det. Den hurtigere nedtrækning genererer en stejlere overfladehældning og dermed en hurtigere strømning og hurtigere tilbagetrækning.
En modelundersøgelse af denne tilbagekobling, der blev offentliggjort sidste år, viste, at når MISI startede med et større skub (en større smeltehastighed), fortsatte den hurtigere, end når den startede med et mindre skub, selv efter at den ekstra smeltning blev fjernet.
Det betyder, at selv hvis MISI påberåbes, vil en reduktion af de globale emissioner og en langsommere opvarmning give mere tid til at forberede sig på dens konsekvenser.
Isklipper
Der synes at være en anden kilde til ustabilitet for marine iskapper – en kilde, der kommer i spil, hvis iskapperne helt forsvinder.
Nogle af de mest spektakulære billeder af gletsjerforandringer er af isbjerge, der kalver – med andre ord bryder af – fra de stærkt sprækkede fronter af marine-terminerende gletsjere.
Denne kalvning skyldes afsmeltning af ishyldens underside samt “hydro-frakturering” – hvor smeltevand, der dannes på ishyldens overflade, siver ind i isen og forårsager revner – eller en kombination af de to.
Hvor hurtigt kalvning sker, afhænger af højden af isens klippeflade over vandlinjen – jo højere klippen står over vandet, jo større er kalvningshastigheden.
Som det er tilfældet med MISI, betyder den faldende gradient af havbunden under WAIS, at efterhånden som isklippen trækker sig tilbage til tykkere is, vil den fortsat udsætte en stadig højere klippe mod havet, og kælvningshastigheden må øges.
Denne proces, der er illustreret nedenfor, kaldes “marine ice cliff instability” (MICI). Teorien går ud på, at når højden på en gletsjerflade overstiger ca. 100 m over havets overflade, vil klippen blive for høj til at bære sin egen vægt. Den vil derfor uundgåeligt kollapse og blotlægge en lige så høj klippevæg bag den, som også vil kollapse. Og så videre.
I IPCC’s SROCC siger IPCC, at “Thwaites Glacier er særlig vigtig, fordi den strækker sig ind i det indre af WAIS, hvor bunden nogle steder ligger >2000 m under havniveau”. (Selv om SROCC også bemærker, at mens MISI kræver en retrograd bundhældning for at forekomme, kan MICI endda ske på en flad eller havvendt hældende bund.)
Denne nyligt identificerede proces er ikke så godt undersøgt som MISI, men det vil helt sikkert ændre sig i de kommende år, efterhånden som forskerne fortsætter med at observere hurtigt skiftende systemer som Thwaites-gletsjeren.
Illustration af marine isklippers ustabilitet. Hvis klippen er høj nok (mindst ~800 m af den samlede istykkelse eller ca. 100 m af isen over vandlinjen), overstiger spændingerne ved klippevæggen isens styrke, og klippen svigter strukturelt ved gentagne kælvningsbegivenheder. Kilde: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b
En Nature-undersøgelse i 2016 om MICI konkluderede, at Antarktis “har potentiale til at bidrage med mere end en meters stigning i havniveauet inden 2100 og mere end 15 meter inden 2500”. Nyere forskning konkluderede, at dette sandsynligvis er et overestimat, men bemærkede, at det endnu ikke er klart, hvilken rolle MICI kan spille i dette århundrede. En anden undersøgelse har også antydet, at det hurtige istab som følge af MICI kan afbødes af et langsommere tab af de ishylder, der holder gletsjerne tilbage.
Tærsklen nærmer sig
Sidst sidste år vurderede et stort hold af modeludviklere forskellige undersøgelser af iskappernes reaktion på Paris-klimamålet om at holde den globale gennemsnitlige opvarmning “langt under” 2C.
Modellerne peger alle i samme retning. Nemlig, at tærsklen for irreversibelt istab i både den grønlandske indlandsis og WAIS ligger et sted mellem 1,5C og 2C global gennemsnitsopvarmning. Og vi er allerede ved lidt mere end 1C opvarmning lige nu.
Dette 1,5-2C-vindue er afgørende for “overlevelsen af de antarktiske ishylder”, forklares det i oversigtsartiklen, og dermed deres “støttende” effekt på de gletsjere, de holder tilbage.
En anden tærskel kan ligge mellem 2C og 2,7C, tilføjede forfatterne. Når dette niveau af global temperaturstigning nås, kan det udløse “aktivering af flere større systemer, såsom Ross- og Ronne-Filchner-afvandingsbassinerne, og indtræden af meget større SLR-bidrag”.
Ross og Ronne-Filchner er de to største ishylder i Antarktis. Disse kan blive væsentligt reduceret “inden for 100-300 år”, siger en anden undersøgelse, i scenarier, hvor de globale emissioner overstiger RCP2.6-scenariet. Denne emissionskurs anses generelt for at være i overensstemmelse med en begrænsning af opvarmningen til 2C.
Disse resultater indebærer, at forebyggelse af et betydeligt istab i Antarktis afhænger af en begrænsning af de globale emissioner til – eller under – RCP2.6. Som det konkluderes i artiklen: “Hvis man krydser disse tærskler, er man nødt til at forpligte sig til store ændringer i iskappen og SLR, som kan tage tusinder af år at blive fuldt ud realiseret og være irreversible på længere tidshorisonter.”
-
Gæsteindlæg: Hvor tæt er den vestantarktiske indlandsis på et “vendepunkt”?