Нестабильность морского ледяного покрова

Нестабильность морского ледяного покрова (MISI) описывает возможность внезапной дестабилизации ледяных щитов, приземляющихся ниже уровня моря . Этот механизм был впервые предложен в 1970-х годах [1] [2] и быстро был определен как средство, с помощью которого даже постепенное антропогенное потепление могло привести к относительно быстрому повышению уровня моря . [3] [4] В Антарктиде Западно-Антарктический ледяной щит , Подледниковый бассейн Авроры и бассейн Уилкс находятся ниже уровня моря и по своей природе подпадают под действие MISI.

"> Файл: West Antarctic Collapse.ogvВоспроизвести медиа
Коллаж из видеозаписей и анимации, объясняющих изменения, происходящие на Западном антарктическом ледяном щите, рассказанный гляциологом Эриком Ригно.

Общий

Термин « морской ледяной покров» описывает ледяной покров, основание которого лежит на земле ниже уровня моря, а нестабильность морского ледяного покрова описывает врожденную неустойчивую природу морских ледяных покровов из-за принципа Архимеда . Поскольку морская вода плотнее льда, морские ледяные щиты могут оставаться стабильными только там, где лед достаточно толстый, чтобы его масса превышала массу морской воды, вытесняемой льдом. Другими словами, везде, где лед существует ниже уровня моря, он удерживается на месте только весом вышележащего льда. По мере таяния морского ледяного покрова вес вышележащего льда уменьшается. Если таяние вызывает истончение сверх критического порога, вышележащий лед больше не может быть достаточно тяжелым, чтобы не дать подводному льду под ним подняться над землей, позволяя воде проникать под него.

Расположение линии заземления , границы между ледниковым покровом и плавучими шельфовыми ледниками в этом случае нестабильно. Количество льда, проходящего через линию заземления, первоначально соответствует количеству льда из снега выше по течению. Когда линия заземления сдвигается назад, например, из-за таяния теплой водой, ледяной щит становится толще в новом месте линии заземления, и общее количество проходящего через нее льда может увеличиваться. (Это зависит от наклона субаэральной поверхности.) Поскольку это приводит к потере массы ледникового щита, линия заземления отодвигается еще дальше, и этот самоусиливающийся механизм является причиной нестабильности. Ледяные щиты этого типа ускорили отступление ледникового покрова. [5] [6]

Строго говоря, теория MISI действительна только в том случае, если шельфовые ледники находятся в свободном плавании и не ограничены заливом . [7]

Первоначальное возмущение или отталкивание линии заземления может быть вызвано высокими температурами воды у основания шельфовых ледников, так что таяние увеличивается (базальное таяние). Истонченные шельфовые ледники, которые ранее стабилизировали ледяной покров, оказывают меньшее поддерживающее действие (обратное напряжение). [5]

Нестабильность морского ледяного обрыва

Связанный с этим процесс, известный как « Морская нестабильность ледяных скал» (MICI), предполагает, что из-за физических характеристик льда субаэральные ледяные скалы, превышающие ~ 90 метров в высоту, могут обрушиться под действием собственного веса и могут привести к отступлению неконтролируемого ледяного покрова во время падения. мода похожа на МИСИ. [5] Для ледникового щита, заземленного ниже уровня моря с внутренним уклоном дна, обрушение ледяных обрывов удаляет периферийный лед, который затем обнажает более высокие и нестабильные ледяные скалы, что еще больше увековечивает цикл разрушения и отступления ледяного фронта. Расплавление поверхности может еще больше увеличить MICI за счет образования луж и гидроразрыва . [7] [8]

Схема обратных связей, усиливающих расслоение и осаждение. Стратификация: увеличенный поток пресной воды снижает плотность поверхностных вод, тем самым уменьшая образование AABW, удерживая тепло NADW и увеличивая таяние шельфового ледника. Осадки: увеличение потока пресной воды охлаждает смешанный слой океана, увеличивает площадь морского льда, вызывая выпадение осадков до того, как они достигают Антарктиды, уменьшая рост ледяного покрова и увеличивая опреснение поверхности океана. Лед в Западной Антарктиде и в бассейне Уилкса в Восточной Антарктиде наиболее уязвим из-за нестабильности ретроградных пластов.

Согласно опубликованному в 2016 году исследованию, холодная талая вода обеспечивает охлаждение поверхностного слоя океана, действуя как крышка, а также воздействуя на более глубокие воды, увеличивая подповерхностное потепление океана и тем самым способствуя таянию льда.

Наши эксперименты с «чистой пресной водой» показывают, что крышка с низкой плотностью вызывает потепление глубоководных слоев океана, особенно на глубинах линий заземления шельфового ледника, которые обеспечивают большую часть сдерживающей силы, ограничивающей выход ледяного покрова. [9]

Другая теория, обсуждавшаяся в 2007 году для увеличения теплой придонной воды, заключается в том, что изменения в схемах циркуляции воздуха привели к усилению подъема теплых глубоководных океанических вод вдоль побережья Антарктиды и что эта теплая вода увеличила таяние плавучих шельфовых ледников. [10] Модель океана показала, как изменения ветра могут помочь направить воду по глубоким впадинам на морском дне к шельфовым ледникам выходных ледников. [11]

В Западной Антарктиде ледники Туэйтс и Пайн-Айленд были идентифицированы как потенциально подверженные MISI, и оба ледника в последние десятилетия быстро истончались и ускорялись. [12] [13] [14] [15] В Восточной Антарктиде ледник Тоттен является крупнейшим ледником, который, как известно, подвержен MISI [16], и его потенциал уровня моря сопоставим с потенциалом всего Западно-Антарктического ледяного щита. Ледник Тоттен почти монотонно теряет массу в последние десятилетия [17], что позволяет предположить, что в ближайшем будущем возможно быстрое отступление, хотя известно, что динамическое поведение шельфового ледника Тоттен варьируется в сезонных и межгодовых временных масштабах. [18] [19] [20] Бассейн Уилкс - единственный крупный подводный бассейн в Антарктиде, который, как считается, не чувствителен к потеплению. [14]

  1. ^ Weertman, J. (1974). «Устойчивость стыка ледяного покрова и шельфового ледника» . Журнал гляциологии . 13 (67): 3–11. DOI : 10.3189 / S0022143000023327 . ISSN  0022-1430 .
  2. ^ Томас, Роберт Х .; Бентли, Чарльз Р. (1978). «Модель голоценового отступления Западно-Антарктического ледяного щита». Четвертичное исследование . 10 (2): 150–170. DOI : 10.1016 / 0033-5894 (78) 90098-4 . ISSN  0033-5894 .
  3. ^ Мерсер, Дж. Х. (1978). «Ледяной щит Западной Антарктики и парниковый эффект CO2: угроза катастрофы». Природа . 271 (5643): 321–325. Bibcode : 1978Natur.271..321M . DOI : 10.1038 / 271321a0 . ISSN  0028-0836 .
  4. ^ Воан, Дэвид Г. (20 августа 2008 г.). «Обрушение Западно-Антарктического ледникового щита - падение и подъем парадигмы» (PDF) . Изменение климата . 91 (1–2): 65–79. DOI : 10.1007 / s10584-008-9448-3 . ISSN  0165-0009 .
  5. ^ а б в Pollard et al. (2015). «Возможное отступление антарктического ледяного покрова в результате гидроразрыва пласта и обрушения ледяных обрывов» . Природа . 412 : 112–121. Bibcode : 2015E и PSL.412..112P . DOI : 10.1016 / j.epsl.2014.12.035 .CS1 maint: использует параметр авторов ( ссылка )
  6. ^ Дэвид Докье (2016). "Неустойчивость морского ледяного покрова" для чайников " " . EGU .
  7. ^ а б Паттин, Фрэнк (2018). «Смена парадигмы в моделировании антарктического ледникового покрова» . Nature Communications . 9 (1): 2728. Bibcode : 2018NatCo ... 9.2728P . DOI : 10.1038 / s41467-018-05003-Z . ISSN  2041-1723 . PMC  6048022 . PMID  30013142 .
  8. ^ Доу, Кристин Ф .; Ли, Вон Санг; Greenbaum, Jamin S .; Грин, Чад А .; Бланкеншип, Дональд Д.; Пойнар, Кристин; Форрест, Александр Л .; Янг, Дункан А .; Заппа, Кристофер Дж. (2018-06-01). «Базальные каналы определяют активную гидрологию поверхности и поперечные трещины шельфового ледника» . Наука продвигается . 4 (6): eaao7212. DOI : 10.1126 / sciadv.aao7212 . ISSN  2375-2548 . PMC  6007161 . PMID  29928691 .
  9. ^ Дж. Хансен; М. Сато; П. Сердитый; Р. Руди; М. Келли; В. Массон-Дельмотт; Г. Рассел; Г. Целиудис; Дж. Цао; Э. Ригно; I. Velicogna; Э. Кандиано; К. фон Шукманн; П. Хареча; А.Н. Легранд; М. Бауэр; К.-В. Ло (2016). «Таяние льда, повышение уровня моря и супер-бури: данные палеоклимата, моделирование климата и современные наблюдения свидетельствуют о том, что глобальное потепление на 2 ° C может быть опасным». Химия и физика атмосферы . 16 (6): 3761–3812. arXiv : 1602.01393 . Bibcode : 2016ACP .... 16.3761H . DOI : 10,5194 / ACP-16-3761-2016 .
  10. ^ «Заявление: истончение ледяного щита Западной Антарктики требует улучшенного мониторинга для уменьшения неопределенности в отношении потенциального повышения уровня моря» . Jsg.utexas.edu . Проверено 26 октября 2017 года .
  11. ^ Thoma, M .; Jenkins, A .; Holland, D .; Джейкобс, С. (2008). «Моделирование циркумполярных глубоководных интрузий на континентальном шельфе моря Амундсена в Антарктиде» (PDF) . Письма о геофизических исследованиях . 35 (18): L18602. Bibcode : 2008GeoRL..3518602T . DOI : 10.1029 / 2008GL034939 .
  12. ^ «После десятилетий потери льда Антарктида теперь кровоточит» . Атлантика . 2018.
  13. ^ «Неустойчивость морского ледяного покрова» . AntarcticGlaciers.org . 2014 г.
  14. ^ а б Gardner, AS; Moholdt, G .; Scambos, T .; Fahnstock, M .; Ligtenberg, S .; van den Broeke, M .; Нильссон, Дж. (13 февраля 2018 г.). «Увеличенный расход льда в Западной Антарктике и неизменный расход льда в Восточной Антарктике за последние 7 лет» . Криосфера . 12 (2): 521–547. DOI : 10,5194 / дц-12-521-2018 . ISSN  1994-0424 .
  15. ^ Команда IMBIE (2018). «Баланс массы Антарктического ледового щита с 1992 по 2017 год» . Природа . 558 (7709): 219–222. Bibcode : 2018Natur.558..219I . DOI : 10.1038 / s41586-018-0179-у . ISSN  0028-0836 . PMID  29899482 .
  16. ^ Янг, Дункан А .; Райт, Эндрю П .; Робертс, Джейсон Л .; Warner, Roland C .; Янг, Нил У .; Greenbaum, Jamin S .; Schroeder, Dustin M .; Холт, Джон В .; Сагден, Дэвид Э. (2011-06-02). «Динамичный ранний восточно-антарктический ледяной щит, навеянный покрытыми льдом фьордами». Природа . 474 (7349): 72–75. Bibcode : 2011Natur.474 ... 72Y . DOI : 10,1038 / природа10114 . ISSN  0028-0836 . PMID  21637255 .
  17. ^ Мохаджерани, Яра (2018). «Массовая потеря ледников Тоттен и Московского университетов в Восточной Антарктиде с использованием оптимизированных для региона масконов GRACE» . Письма о геофизических исследованиях . 45 (14): 7010–7018. DOI : 10.1029 / 2018GL078173 .
  18. ^ Грин, Чад А .; Янг, Дункан А .; Gwyther, Дэвид Э .; Гальтон-Фенци, Бенджамин К .; Бланкеншип, Дональд Д. (2018). «Сезонная динамика шельфового ледника Тоттен, контролируемая укреплением морского льда» . Криосфера . 12 (9): 2869–2882. Bibcode : 2018TCry ... 12.2869G . DOI : 10,5194 / дц-12-2869-2018 . ISSN  1994-0416 .
  19. ^ Робертс, Джейсон; Гальтон-Фенци, Бенджамин К .; Паоло, Фернандо С .; Доннелли, Клэр; Gwyther, Дэвид Э .; Падман, Лори; Янг, Дункан; Уорнер, Роланд; Гринбаум, Жамин (23.08.2017). "Океан вынужденная изменчивость потери массы ледника Тоттен" (PDF) . Геологическое общество, Лондон, специальные публикации . 461 (1): 175–186. Bibcode : 2018GSLSP.461..175R . DOI : 10.1144 / sp461.6 . ISSN  0305-8719 .
  20. ^ Грин, Чад А .; Бланкеншип, Дональд Д.; Gwyther, Дэвид Э .; Сильвано, Алессандро; Вейк, Эсми ван (2017-11-01). «Ветер вызывает таяние и ускорение шельфового ледника Тоттен» . Наука продвигается . 3 (11): e1701681. Bibcode : 2017SciA .... 3E1681G . DOI : 10.1126 / sciadv.1701681 . ISSN  2375-2548 . PMC  5665591 . PMID  29109976 .

  • Вклад Антарктиды в прошлое и будущее повышение уровня моря

  • Нестабильность морского ледяного покрова «Для чайников»