Denna artikel ingår i en veckolång specialserie om ”tipping points”, där ett förändrat klimat kan driva delar av jordens system in i abrupta eller oåterkalleliga förändringar

• Explainer: Nio ”tipping points” som kan utlösas av klimatförändringar
• Gästinlägg: Nio ”tipping points” som kan utlösas av klimatförändringar
• Gästinlägg: Kan den atlantiska omvälvande cirkulationen ”stänga av”?
• Gästinlägg: Kan den atlantiska omvälvande cirkulationen ”stänga av”? De oåterkalleliga utsläppen från en ”tipping point” för permafrost
• Guest post: ”The irreversible emissions of a permafrost ’tipping point’
• Guest post: Kan klimatförändringar och avskogning leda till att Amazonas ”dör tillbaka”?
• Gästinlägg: Klimatförändringar och avskogning kan leda till att Amazonas ”dör tillbaka”? Den mest angelägna aspekten av denna osäkerhet är att förstå om instabilitetströsklar för isen har överskridits, om den tillbakadragning som vi nu mäter är avsedd att fortsätta och om is som verkar oförändrad i dag kommer att förbli oförändrad i framtiden.

  Den senaste forskningen säger att tröskeln för irreversibel förlust av WAIS sannolikt ligger mellan 1,5C och 2C global genomsnittlig uppvärmning över förindustriella nivåer. Med en uppvärmning som redan ligger på cirka 1,1 °C och Parisavtalet som syftar till att begränsa uppvärmningen till 1,5 °C eller ”väl under 2 °C” är marginalerna för att undvika detta tröskelvärde verkligen små.

  Marint istäcke

  Enligt den senaste specialrapporten om havet och kryosfären (SROCC) från den mellanstatliga panelen för klimatförändringar (IPCC) finns det två huvudsakliga faktorer som styr hur mycket de globala havsnivåerna kommer att stiga under det här århundradet: framtida mänskligt orsakade utsläpp av växthusgaser och hur uppvärmningen påverkar det antarktiska istäcket. IPCC säger:

  ”Efter 2050 ökar osäkerheten i den klimatförändringsinducerade SLR avsevärt på grund av osäkerheter i utsläppsscenarier och de tillhörande klimatförändringarna, och svaret från Antarktis istäcke i en varmare värld.”

  Oroblematiken kring sårbarheten hos WAIS ligger främst i något som kallas ”marine ice sheet instability” (MISI) – ”marine” för att basen av istäcket ligger under havsytan och ”instabilitet” för det faktum att när det väl börjar, är tillbakadragandet självförsörjande.

  Isar kan ses som enorma sötvattenreservoarer. Snö ackumuleras i det kalla inre, packas långsamt ihop till glaciäris och börjar sedan rinna som en mycket tjock vätska tillbaka mot havet.

  På vissa ställen når isen kusten och flyter på havsytan och bildar en ishylla. Gränsen mellan is som vilar på landytan (eller havsbotten när det gäller ett havsisskikt) kallas för ”grundläggningslinjen”. Det är vid denna linje som det vatten som lagrats i inlandsisen återgår till havet. När isen rör sig mot havet säger vi att inlandsisen har en positiv ”massbalans” – det vill säga att den får mer ismassa än den förlorar tillbaka till havet.

  Men när grundläggningslinjen drar sig tillbaka är balansen negativ. En negativ balans för inlandsisen innebär ett positivt bidrag till havet och därmed till den globala havsnivån.

  Instabilitet

  Denna grundläggande bild av massbalansen för inlandsisen är allt som behövs för att förstå varför glaciologer är oroliga för MISI.

  Förändringar i ishyllan på den flytande sidan av grundläggningslinjen – till exempel gallring – kan leda till att isen på den grundlagda sidan lyfter från havsbotten. När denna is flyter kommer grundläggningslinjen att dra sig tillbaka. Eftersom isen flyter snabbare när den flyter än när den är på marken, kommer isflödet i närheten av grundläggningslinjen att öka. Utsträckning som orsakas av det snabbare flödet blir en ny källa till gallring nära grundläggningslinjen.

  Detta illustreras i figuren nedan. När den nya flytande isen flödar och tunnas snabbare kan det leda till att mer is lyfts av och flyter, vilket driver grundläggningslinjen tillbaka.

  Den del av inlandsisen som riskerar att drabbas av MISI har dessutom en omvänd, eller ”retrograd” gradient, vilket innebär att den blir djupare längre inåt landet. När grundläggningslinjen drar sig tillbaka längre in i tjockare delar av istäcket, blir flödet snabbare, vilket ytterligare ökar isförlusten. Den omvända gradienten gör denna process självbärande som en positiv återkopplingsslinga – det är detta som gör MISI till en instabilitet.

  

  Illustration av instabilitet i havsisskiktet, eller MISI. Gallring av den stöttande ishyllan leder till acceleration av inlandsisens flöde och gallring av den marint terminerade ismarginalen. Eftersom berggrunden under inlandsisen är sluttande mot inlandsisens inre, orsakar en gallring av isen ett tillbakadragande av grundläggningslinjen följt av en ökning av isflödet mot havet, ytterligare gallring av ismarginalen och ytterligare tillbakadragande av grundläggningslinjen. Krediterat: Carbon Brief: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1a

  Det är ännu inte klart om MISI-tröskeln har överskridits någonstans i Antarktis. Vi vet dock att grundläggningslinjerna drar sig tillbaka längs Amundsenhavets kustlinje – mest spektakulärt på Thwaitesglaciären. Och drivkraften för reträtten tycks vara relativt varmt havsvatten – ca 2C varmare än det historiska genomsnittet – som strömmar mot grundläggningslinjen och orsakar en kraftigare avsmältning än vanligt.

  

  1,000 km

  Antarktiska

  halvön

  Ronne ishylla

  Östra Antarktis

  Ice Sheet

  Pine Island glaciär

  Sydpolen

  Västantarktiskt område

  Isskiktet

  Transantarktiska berg

  Amudsen sea

  Thwaites glaciär

  Ross ishylla

  Grafik: Carbon Brief. Credit: Om instabiliteten inte har börjat och om uppvärmningen av havet upphör bör grundläggningslinjen hitta en ny balanspunkt på en ny plats. Men om den har börjat kommer reträtten att fortsätta oavsett vad som händer härnäst.

  Snabbare flöde

  Även om tröskeln har passerats – eller till och med om den passeras i framtiden – kan reträtten fortskrida i olika takt beroende på hur hårt vi ”tryckte” när den började.

  Här är hur det fungerar. Instabiliteten beror på en balans av krafter inom inlandsisen. En kraft som beror på gravitationen gör att isen flyter med en hastighet som delvis beror på dess tjocklek och ytans lutning.

  En större smälthastighet på den flytande sidan och ett snabbare flöde över grundläggningslinjen drar ner isens yta snabbare än vad mindre hastigheter gör. Den snabbare neddragningen genererar en brantare ytluttning och därmed ett snabbare flöde och snabbare tillbakadragande.

  

  En modellstudie av denna återkoppling, som publicerades förra året, visade att när MISI startade med en större knuff (en större smältningshastighet) fortsatte den snabbare än när den startade med en mindre knuff, även efter att den extra smältningen hade tagits bort.

  Detta innebär att även om MISI åberopas, kommer en minskning av de globala utsläppen och en långsammare uppvärmning att ge mer tid att förbereda sig för dess konsekvenser.

  Isklippor

  Det tycks finnas en andra källa till instabilitet för marina istäcken – en källa som kommer in i bilden om ishyllorna försvinner helt.

  Några av de mest spektakulära bilderna av glaciärförändringar är av isberg som kalvar – med andra ord bryter av – från de starkt sprickiga fronterna på havsavslutande glaciärer.

  Denna kalvning orsakas av smältning av ishyllans undersida, samt ”hydro-frakturering” – där smältvatten som bildas på ishyllans yta sipprar in i isen och orsakar sprickbildning – eller en kombination av dessa två.

  Hur snabbt kalvningen sker beror på höjden på isens klippväggsfront ovanför vattenlinjen – ju högre klippan står ovanför vattnet, desto större är kalvningstakten.

  Som i fallet med MISI innebär den minskande gradienten av havsbotten under WAIS att när isklippan drar sig tillbaka till tjockare is kommer den att fortsätta att exponera en allt högre klippa mot havet och kalvningshastigheten måste öka.

  Denna process, som illustreras nedan, kallas ”marine ice cliff instability” (MICI). Teorin visar att när höjden på en glaciärsida överstiger cirka 100 meter över havsytan blir klippan för hög för att bära sin egen vikt. Den kommer därför oundvikligen att kollapsa och blottlägga en lika hög klippvägg bakom den, som också kommer att kollapsa. Och så vidare.

  I IPCC:s SROCC säger att ”Thwaites glaciär är särskilt viktig eftersom den sträcker sig in i det inre av WAIS, där bottnen på vissa ställen ligger >2000 meter under havsnivån”. (Även om SROCC också noterar att medan MISI kräver en bakåtriktad bottenluttning för att inträffa, kan MICI till och med inträffa på en platt eller sjövänligt lutande botten.)

  Denna nyligen identifierade process är inte lika välstuderad som MISI, men detta kommer säkerligen att förändras under de kommande åren, eftersom forskarna fortsätter att observera snabbt föränderliga system som Thwaites-glaciären.

  

  Illustration av instabilitet i klippor av havsis. Om klippan är tillräckligt hög (minst ~800 meter av den totala istjockleken, eller cirka 100 meter av isen ovanför vattenlinjen) överstiger spänningarna vid klippväggen isens hållfasthet, och klippan misslyckas strukturellt vid upprepade kalvningshändelser. Credit: IPCC SROCC (2019) Fig CB8.1b

  I en Nature-studie från 2016 om MICI drogs slutsatsen att Antarktis ”har potential att bidra med mer än en meter havsnivåhöjning fram till 2100 och mer än 15 meter fram till 2500”. I nyare forskning drogs slutsatsen att detta sannolikt är en överskattning, men det konstaterades att det ännu inte är klart vilken roll MICI kan spela under detta århundrade. En annan studie har också föreslagit att den snabba isförlusten genom MICI kan mildras av en långsammare förlust av de ishyllor som håller tillbaka glaciärerna.

  Tröskel nära

  Slutet av förra året utvärderade ett stort team av modellerare olika studier av hur istäcken reagerar på klimatmålet från Paris om att hålla den globala genomsnittsvärmeökningen ”långt under” 2C.

  Modellerna pekar alla i samma riktning. Nämligen att tröskeln för irreversibel isförlust i både Grönlandsisen och WAIS ligger någonstans mellan 1,5C och 2C global genomsnittlig uppvärmning. Och vi har redan en uppvärmning på lite mer än 1 °C just nu.

  Detta fönster på 1,5-2 °C är avgörande för ”överlevnaden av Antarktis ishyllor”, förklaras det i granskningsdokumentet, och därmed deras ”stöttande” effekt på de glaciärer som de håller tillbaka.

  

  Glossar

  RCP2.6: RCP (Representative Concentration Pathways) är scenarier för framtida koncentrationer av växthusgaser och andra drivkrafter. RCP2.6 (ibland även kallad ”RCP3-PD”) är ett ”peak and decline”-scenario där stränga åtgärder för att mildra effekterna av… Läs mer

  En annan tröskel kan ligga mellan 2C och 2,7C, tillade författarna. Om den globala temperaturökningen når denna nivå kan det utlösa ”aktivering av flera större system, såsom Ross- och Ronne-Filchner-avrinningsbassängerna, och början av mycket större SLR-bidrag”.

  Ross och Ronne-Filchner är de två största ishyllorna i Antarktis. Dessa kan minskas avsevärt ”inom 100-300 år”, enligt en annan studie, i scenarier där de globala utsläppen överstiger RCP2.6-scenariot. Denna utsläppsbana anses i allmänhet vara förenlig med att begränsa uppvärmningen till 2C.

  Dessa resultat innebär att för att förhindra en betydande isförlust i Antarktis måste man begränsa de globala utsläppen till – eller under – RCP2.6. Som slutsatsen i artikeln lyder: ”Att passera dessa trösklar innebär att man måste engagera sig i stora förändringar av istäcket och SLR som kan ta tusentals år att förverkliga fullt ut och vara oåterkalleliga på längre tidskalor.”

  Sharelines from this story

  • Gästinlägg: Hur nära är det västantarktiska istäcket en ”tipping point”?