Itäisen ja läntisen jääpeitteen sekä niemimaan välissä Etelämantereella on tarpeeksi jäätä nostamaan maapallon merenpinnan tasoa noin 60 metrillä.

Läntisen Etelämantereen jääpeite (WAIS) on suhteellisen pieni osa, jonka sisältämä jäämäärä vastaa 3,3 metrin merenpinnan nousua. Silti suurin osa siitä on epävarmassa asemassa ja sitä pidetään ”teoreettisesti epävakaana”.

Sen vuoksi sitä, miten WAIS muuttuu ihmisen aiheuttaman lämpenemisen seurauksena, pidetään yleisesti suurimpana epävarmuuden lähteenä pitkän aikavälin merenpinnan tasoennusteissa.

Kiireellisintä tässä epävarmuudessa on ymmärtää, onko jään epävakauskynnykset ylitetty, onko nyt mittaamamme vetäytymisen määrä jatkua ja pysyykö nykyisin muuttumattomalta näyttävä jää sellaisena myös tulevaisuudessa.

Viimeisimmän tutkimuksen mukaan WAIS:n peruuttamattoman häviämisen kynnysarvo on todennäköisesti 1,5 C:n ja 2 C:n välillä, kun maapallon keskilämpötila lämpenee esiteollisesta tasosta. Kun lämpeneminen on jo noin 1,1 C ja kun Pariisin sopimuksen tavoitteena on rajoittaa lämpeneminen 1,5 C:een tai ”selvästi alle 2 C:een”, marginaalit tämän kynnyksen välttämiseksi ovat todella pienet.

Meren jääpeite

Hallitustenvälisen ilmastonmuutospaneelin (IPCC) tuoreen valtamerta ja kryosfääriä käsittelevän erityisraportin (SROCC) mukaan kaksi pääasiallista tekijää vaikuttaa siihen, kuinka paljon maapallon merenpinta nousee tällä vuosisadalla: ihmisen aiheuttamat tulevat kasvihuonekaasupäästöt ja se, miten lämpeneminen vaikuttaa Etelämantereen jääpeitteeseen. IPCC:n mukaan:

”Vuoden 2050 jälkeen ilmastonmuutoksen aiheuttaman merenpinnan nousun epävarmuus kasvaa huomattavasti johtuen päästöskenaarioihin ja niihin liittyviin ilmastonmuutoksiin liittyvistä epävarmuustekijöistä sekä Etelämantereen jääpeitteen reaktiosta lämpimämmässä maailmassa.”

Huolta WAIS:n haavoittuvuudesta aiheuttaa pääasiassa niin sanottu ”merijäätikön epävakaus” (marine ice sheet instability, MISI) – ”merellinen” siksi, että jäätikön pohja on merenpinnan alapuolella, ja ”epävakaus” siksi, että kun vetäytyminen on kerran alkanut, vetäytyminen on itseään ylläpitävää.

Jäätiköitä voidaan ajatella valtavina makean veden säiliöinä. Lumi kerääntyy kylmään sisäosaan, tiivistyy hitaasti jäätikön jääksi ja alkaa sitten virrata hyvin paksun nesteen tavoin takaisin kohti merta.

Jossain paikoissa jää saavuttaa rannikon ja kelluu meren pinnalla muodostaen jäähyllyn. Maapinnalla (tai merenpohjalla, jos kyseessä on merijäähylly) lepäävän jään välistä rajaa kutsutaan ”pohjaviivaksi”. Pohjakerroksen kautta jääpeitteeseen varastoitunut vesi palaa takaisin valtamereen. Kun jääpeite liikkuu merelle päin, sen ”massatase” on positiivinen, toisin sanoen se kerää enemmän jäämassaa kuin se menettää takaisin mereen.

Mutta kun perusviiva vetäytyy, tase on negatiivinen. Negatiivinen jääpeitteen tase tarkoittaa positiivista panosta mereen ja siten globaaliin merenpinnan tasoon.

Instabiilius

Tämä jääpeitteen massatasapainon peruskuva riittää ymmärtämään, miksi jäätikötutkijat ovat huolissaan MISI:stä.

Muutokset mannerjäätikön kelluvan puolen jäähyllyssä – kuten oheneminen – voivat aiheuttaa mannerjäätikön puolella olevan jään irtoamisen merenpohjasta. Kun tämä jää kelluu, maadoituslinja vetäytyy. Koska jää virtaa nopeammin kelluessaan kuin pohjakosketuksessa, jään virtausnopeus pohjakosketuksen lähellä kasvaa. Nopeamman virtauksen aiheuttamasta venymisestä tulee uusi ohenemisen lähde lähellä maadoituslinjaa.

Tämä on havainnollistettu alla olevassa kuvassa. Kun vastikään kellunut jää virtaa ja ohenee nopeammin, se voi saada aikaan sen, että enemmän jäätä irtoaa ja kelluu, mikä ajaa maadoituslinjaa taaksepäin.

Lisäksi MISI-vaarassa olevilla jääpeitteen alueilla on käänteinen eli ”taantuva” kaltevuus, mikä tarkoittaa, että se syvenee syvemmälle sisämaahan päin. Kun perusviiva vetäytyy syvemmälle jääpeitteen paksumpiin osiin, virtaus nopeutuu, mikä lisää entisestään jäähäviötä. Käänteinen gradientti tekee tästä prosessista itseään ylläpitävän positiivisen takaisinkytkennän – tämä tekee MISI:stä epävakauden.

Illustration of Marine Ice Sheet Instability eli MISI. Tukijäähyllyn oheneminen johtaa jäätikön virtauksen kiihtymiseen ja merellisen päätepisteen jäämarginaalin ohenemiseen. Koska jäätikön alla oleva kallioperä on kaltevaa kohti jäätikön sisäosaa, jään oheneminen aiheuttaa perusviivan vetäytymisen, jota seuraa merelle suuntautuvan jäävirtauksen lisääntyminen, jäämarginaalin oheneminen entisestään ja perusviivan vetäytyminen entisestään. Luotto: IPCC SROCC (2019) Kuva CB8.1a

Ei ole vielä selvää, onko MISI-kynnys ylittynyt missään Antarktiksella. Tiedämme kuitenkin, että perusviivat ovat vetäytymässä Amundseninmeren rannikolla – näyttävimmin Thwaitesin jäätiköllä. Perääntyminen näyttää johtuvan suhteellisen lämpimästä merivedestä – joka on noin 2 celsiusastetta lämpimämpää kuin historiallinen keskiarvo – joka virtaa kohti perusviivaa ja aiheuttaa tavanomaista voimakkaampaa sulamista.

1,000 km

Antarktiksen

niemimaa

Ronnen jäähylly

Itä-Antarktis

Jääpeite

Pine Islandin jäätikkö

Etelänapa

Länsi-Antarktis

Jääpeite

Transantarktinen vuoristo

Amudsen meri

Thwaitesin jäätikkö

Rossin jäähylly

Graphic: Carbon Brief. Credit: Quantarctica/Norwegian Polar Institute.

Jos epävakaus ei ole alkanut ja jos valtamerten lämpeneminen pysähtyy, maadoituslinjan pitäisi löytää uusi tasapainopiste uudesta paikasta. Mutta jos se on alkanut, niin vetäytyminen jatkuu riippumatta siitä, mitä seuraavaksi tapahtuu.

Nopeampi virtaus

Silloinkin, kun kynnys on ylitetty – tai vaikka se ylitettäisiinkin tulevaisuudessa – vetäytyminen voi edetä eri nopeuksilla riippuen siitä, kuinka kovaa me ”työnsimme”, kun se alkoi.

Näin se menee. Epävakaus riippuu jääpeitteen sisällä olevien voimien tasapainosta. Painovoimasta johtuva voima saa jään virtaamaan nopeudella, joka riippuu osittain sen paksuudesta ja pinnan kaltevuudesta.

Suurempi sulamisnopeus kelluvalla puolella ja nopeampi virtaus pohjakerroksen yli vetää jään pintaa alas nopeammin kuin pienemmät nopeudet. Nopeampi vetäytyminen synnyttää jyrkemmän pintakaltevuuden ja siten nopeamman virtauksen ja nopeamman vetäytymisen.

Viime vuonna julkaistussa tätä palautetta koskevassa mallinnustutkimuksessa havaittiin, että kun MISI alkoi suuremmalla työntövoimalla (suuremmalla sulamisnopeudella), se eteni nopeammin kuin silloin, kun se alkoi pienemmällä työntövoimalla, myös sen jälkeen, kun ylimääräinen sulaminen oli poistettu.

Tämä tarkoittaa, että vaikka MISI:iin vedottaisiinkin, globaalien päästöjen vähentäminen ja lämpenemisen hidastaminen antaa enemmän aikaa valmistautua sen seurauksiin.

Jäähyllyt

Merijäähyllyjen epävakauteen näyttäisi olevan toinenkin lähde, joka astuu kuvaan, jos jäähyllyt menetetään kokonaan.

Joitakin näyttävimpiä kuvia jäätikön muutoksesta ovat jäävuoren kalvettuminen – toisin sanoen irtoaminen – merellisten päättyvien jäätiköiden voimakkaasti rakoilevista rintamista.

Tämän kalvettumisen aiheuttaa jäähyllyn alapinnan sulaminen sekä ”vesimurtuminen” – jolloin jäähyllyn pinnalle muodostuva sulamisvesi tihkuu jään sisään ja aiheuttaa halkeilua – tai näiden kahden yhdistelmä.

Miten nopeasti kalvettuminen tapahtuu, riippuu siitä, kuinka korkealla jääjyrkänteen rintama on vesirajan yläpuolella – mitä korkeammalla jyrkänteen rintama kohoaa veden yläpuolella, sitä suuremmalla nopeudella kalvettuminen tapahtuu.

Kuten MISI:n tapauksessa, WAIS:n alapuolella olevan merenpohjan laskeva kaltevuus merkitsee sitä, että kun jääjyrkänne vetäytyy paksumpaan jäähän, se paljastaa yhä korkeamman jyrkänteen valtameren puolelle, ja vasomisnopeuden on kasvettava.

Tätä prosessia, jota on havainnollistettu alla, kutsutaan nimellä ”merellisen jään jyrkänteen epästabiilius (marine ice cliff instabiliteetti)” (engl. marine ice cliff instabiliteetti, MICI). Teorian mukaan silloin, kun jäätikön rinnan korkeus ylittää noin 100 metriä merenpinnan yläpuolella, jyrkänne on liian korkea kannattelemaan omaa painoaan. Siksi se väistämättä romahtaa, jolloin sen takana oleva yhtä korkea jyrkänne paljastuu, ja sekin romahtaa. Ja niin edelleen.

IPCC:n SROCC:n mukaan ”Thwaitesin jäätikkö on erityisen tärkeä, koska se ulottuu WAISin sisäosiin, jossa pohja on paikoin >2000 metriä merenpinnan alapuolella”. (Tosin SROCC huomauttaa myös, että vaikka MISI:n esiintyminen edellyttää taaksepäin suuntautuvaa pohjan kaltevuutta, MICI voi tapahtua jopa tasaisella tai merelle päin kallellaan olevalla pohjalla.)

Tätä hiljattain havaittua prosessia ei ole tutkittu yhtä hyvin kuin MISI:tä, mutta tämä tulee varmasti muuttumaan tulevina vuosina, kun tutkijat jatkavat Thwaitesin jäätikön kaltaisten nopeasti muuttuvien järjestelmien havainnointia.”

Illustration of Marine Ice Cliff Instability. Jos jyrkänne on riittävän korkea (vähintään ~800 m jään kokonaispaksuus tai noin 100 m jäätä vesirajan yläpuolella), jännitykset jyrkänteen kohdalla ylittävät jään lujuuden, ja jyrkänne pettää rakenteellisesti toistuvissa kalvaustapahtumissa. Credit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b

Vuonna 2016 tehdyssä MICI:tä käsittelevässä Nature-tutkimuksessa todettiin, että Etelämanner ”voi vaikuttaa yli metrin merenpinnan nousuun vuoteen 2100 mennessä ja yli 15 metrin nousuun vuoteen 2500 mennessä”. Tuoreemmassa tutkimuksessa todettiin, että tämä on todennäköisesti yliarvio, mutta todettiin, ettei ole vielä selvää, mikä rooli MICI:llä voi olla tällä vuosisadalla. Eräässä toisessa tutkimuksessa on myös esitetty, että jäätiköiden nopeaa häviämistä MICI:n kautta voi lieventää jäätiköitä pidättelevien jäähyllyjen hitaampi häviäminen.

Kynnys lähellä

Viime vuoden lopulla suuri mallintajaryhmä arvioi erilaisia tutkimuksia jääpeitteiden reaktiosta Pariisin ilmastotavoitteeseen, jonka mukaan maapallon keskilämpötilan lämpeneminen on pidettävä ”selvästi alle” 2 celsiusasteen.

Mallit osoittavat kaikki samaan suuntaan. Nimittäin siihen, että sekä Grönlannin jääpeitteen että WAIS:n peruuttamattoman jäähäviön kynnysarvo on jossain 1,5 C:n ja 2 C:n globaalin keskilämpenemisen välillä. Ja olemme jo nyt hieman yli 1 C:n lämpenemisessä.

Tämä 1,5-2 C:n ikkuna on avainasemassa ”Etelämantereen jäähyllyjen selviytymiselle”, selitettiin arvostelupaperissa, ja siten niiden ”pönkittävälle” vaikutukselle jäätiköihin, joita ne pidättävät.

Sanasto

RCP2.6: RCP:t (Representative Concentration Pathways, edustavat pitoisuuspolut) ovat skenaarioita kasvihuonekaasujen tulevista pitoisuuksista ja muista pakotteista. RCP2.6 (joskus kutsutaan myös nimellä ”RCP3-PD”) on ”huippu ja lasku” -skenaario, jossa tiukat hillitsemistoimet… Lue lisää

Tekijät lisäsivät, että toinen kynnysarvo voi olla 2 C:n ja 2,7 C:n välillä. Tämän globaalin lämpötilan nousun tason saavuttaminen voisi laukaista ”useiden suurempien järjestelmien, kuten Rossin ja Ronne-Filchnerin valuma-alueiden, aktivoitumisen ja paljon suurempien SLR-vaikutusten alkamisen”.

Ross ja Ronne-Filchner ovat Etelämantereen kaksi suurinta jäähyllyä. Ne voivat pienentyä huomattavasti ”100-300 vuoden kuluessa”, sanotaan eräässä toisessa tutkimuksessa, skenaarioissa, joissa maailmanlaajuiset päästöt ylittävät RCP2.6 -skenaarion. Tämän päästövaihtoehdon katsotaan yleisesti olevan sopusoinnussa sen kanssa, että lämpeneminen rajoitetaan kahteen celsiusasteeseen.

Nämä havainnot merkitsevät sitä, että Antarktiksen merkittävän jäähäviön estäminen edellyttää, että maailmanlaajuiset päästöt rajoitetaan RCP2.6:n tasolle tai sen alle. Kuten asiakirjassa todetaan: ”Näiden raja-arvojen ylittäminen merkitsee sitoutumista suuriin jääpeitteen muutoksiin ja jääpinnan alenemiseen, joiden täydellinen toteutuminen voi kestää tuhansia vuosia ja jotka voivat olla peruuttamattomia pidemmällä aikavälillä.”