Арктика та Антарктика в умовах зміни клімату APuZ
Полярні регіони є однією з найважливіших систем раннього попередження у світовій кліматичній системі. Зміни там матимуть помітний вплив на клімат, геополітику та екосистеми у всьому світі.
вступ
Вересень 1912 р., Північне узбережжя Шпіцбергену: "Ми сидимо тут, як у мишоловці; в бухті простір вільної води, але вихід перекритий льодом шок з того чи іншого напрямку ". [1]
95 років потому, в ту саму пору року, те саме місце: ніде не було й льоду Просто відкрита вода, тихо хлюпаються хвилі, невеликий дощ. Сезон танення в Арктиці завершився 16 вересня 2007 року, під час якого морський лід розширився до 4,3 мільйона квадратних кілометрів - майже вдвічі менше льоду, ніж у 1950-х, і приблизно на 1,4 мільйона квадратних кілометрів менше, ніж у попередньому році. Такого зменшення морського льоду в чотири рази більше площі Німеччини протягом одного року не спостерігається навіть у найбільш песимістичних модельних розрахунках Міжурядової групи з питань зміни клімату. [2] The New York Times повідомляла, що Північний Льодовитий океан може бути вільним від льоду вже влітку 2013 року. У Німеччині акцент перейшов на питання, чи мали родичі Кнута шанс вижити в дикій природі. [3]
Наскільки такі прогнози лякають, що науково доведено? Який вплив мають люди на зміни в арктичній кліматичній системі, які геополітичні, екологічні та гуманітарні наслідки вони можуть мати? І чому зміни у високих широтах мають вирішальне значення для нас у Центральній Європі?
Ці питання будуть розглянуті тут більш докладно. [4] По-перше, роль полярних регіонів у кліматичній системі Землі слід вивчити більш детально. Вони мають набагато більше значення для клімату на нашій планеті, ніж припускає їх віддалене розташування: На цикл льодовикового періоду дуже ймовірно серйозно впливатимуть кліматичні процеси в полярних регіонах, а висота рівня моря безпосередньо пов’язана з кількістю льоду в полярній суші У поєднанні зі прісною водою деякі з основних механізмів управління глобальною циркуляцією океану знаходяться у високих широтах. Полярні регіони утворюють своєрідну систему раннього попередження про клімат Землі; кліматичні зміни тут призводять до змін набагато раніше і сильніше, ніж у помірних широтах або в тропіках.
Це пов’язано насамперед із низкою механізмів, завдяки яким зміни в системі полярного клімату посилюються (позитивні відгуки) або послаблюють (негативні відгуки) кліматичні зміни. Деякі з цих механізмів зворотного зв'язку ще недостатньо вивчені, що вважається основною причиною того, чому зміни клімату в полярних регіонах надзвичайно важко передбачити, і в даний час вони в деяких випадках набагато швидші, ніж передбачають кліматичні моделі, - з можливими глобальними наслідками. [5]
Підйом рівня моря
Мабуть, найбільш очевидним є вплив полярних регіонів на висоту рівня моря. Під час останнього льодовикового періоду майже 10 000 років тому у формі льодовиків повинно було висадитися набагато більше води, ніж сьогодні, так що рівень моря був приблизно на 120 метрів нижче рівня сьогоднішнього. Відступ цих льодовиків внаслідок швидкого потепління високих широт наприкінці льодовикового періоду призвів до підвищення рівня моря на один-чотири сантиметри на рік, що в основному було завершено майже 2000 років тому [6]. Підвищення рівня моря майже на 18 сантиметрів у 20 столітті, що було приблизно в десять разів швидшим, ніж у попередні століття, було спричинене насамперед потеплінням океанів та пов'язаним з цим розширенням морської води; внесок від танення льодовика та льоду на суші, мабуть, до цього часу був відносно невеликим.
Циркуляція океану
Можливий спад полярних крижаних шапок не лише впливає на рівень моря, але також може мати тривалий вплив на глобальну циркуляцію океану. Наприклад, сьогодні Європі вигідний той факт, що велика кількість тепла транспортується від екватора до Європи в океані з північним відділенням Гольфстріму, так званим Північноатлантичним потоком. Цей теплотранспорт сприяє тому, що в Західній Європі значно тепліше, ніж на тій же широті на західному узбережжі Північної Америки.
Північноатлантична течія, серед іншого, зумовлена тонучою масою води біля східного узбережжя Гренландії: тут вода в океані настільки охолола через контакт із холодною атмосферою, що стає важчою, ніж вода внизу, і падає в глибину, як у гігантському ліфті щоб потім рухатися назад на південь біля океанського дна. В результаті цього потопаючого руху вода "всмоктується" з півдня на поверхню, що пояснює поточну силу Північноатлантичного течії.
Тільки в полярних регіонах вода в океані може настільки охолоджуватися при контакті з холодною атмосферою, що стає досить важкою, щоб опуститися на дно океану. Під час цього масштабного занурення, яке має центральне значення для глобальної циркуляції океану, не тільки вода транспортується вниз у глибоке море, але й розчиняється у воді діоксид вуглецю: приблизно половина СО2, що виділяється людиною, в даний час все ще поглинається океанами. Водні маси, що тонуть, транспортують частину розчиненого газу в глибину Світового океану, де з одного боку він вже не може розвинути прямого парникового ефекту, але з іншого боку сприяє закисленню Світового океану. Якби рух морської води в полярних районах ослаб, у майбутньому з атмосфери в океани може викинутися менше вуглекислого газу. Це могло б прискорити зростання концентрації CO2 в атмосфері. [10]
Цей ефект суперечить, принаймні частково, тому, що зменшення морського льоду призведе до більшої площі відкритих вод у Північному Льодовитому океані, які можуть поглинати вуглекислий газ з атмосфери. Який із цих двох наслідків буде важливішим у короткостроковій перспективі в умовах теплого клімату - дискусійно. У довгостроковій перспективі, через початок насичення та потепління води, поглинання СО2 океанами в полярних регіонах, швидше за все, зменшиться - ще один приклад "позитивного зворотного зв'язку", що підсилює зміну клімату.
Крижане альбедо зворотного зв'язку
На суші також зменшення площ, вкритих снігом або льодовиковим льодом, призводить до позитивного зворотного зв’язку, оскільки земля, що вивільняється, може ефективно поглинати сонячне випромінювання і завдяки своєму потеплінню сприяти подальшому зменшенню площі снігу або льоду. Звідси побоювання, що якщо критична межа вільної від льоду суші в Гренландії буде перевищена, подальше танення льоду на суші навряд чи можна зупинити: Отже, можливо, лише короткої фази потепління може бути достатньо, щоб безповоротно розпочати процес танення льоду, що триває століттями.
Вічна мерзлота і рослинність суші
Наземні ділянки полярних регіонів, які не перебувають під льодом, також відіграють важливу роль у кліматичній системі Землі, і тут також зміни можуть призвести до ефектів зворотного зв'язку із глобальними ефектами. Величезна кількість вуглецю пов'язана у вічній мерзлоті арктичної землі. Верхній шар цих ґрунтів уже відтає влітку, при цьому зв’язаний вуглець частково виділяється у вигляді метану та вуглекислого газу. У майбутньому, як очікується, глобальне потепління збільшить глибину танення і, отже, зменшення вічної мерзлоти в Арктиці. Через викид вуглецю, що все ще зв’язаний у цих ґрунтах, концентрація парникових газів в атмосфері також збільшиться, що може призвести до подальшого зменшення вічної мерзлоти внаслідок посиленого потепління, спричиненого цим - знову позитивні відгуки. За останні тридцять років було виміряно загальноарктичне потепління грунтів вічної мерзлоти близько одного-двох градусів Цельсія на глибині 20 метрів [11].
Значні зміни спостерігалися також у суші арктичної рослинності. Супутникові вимірювання показують, що рослинність тундри в Північній Америці за останні два десятиліття стала "зеленішою", що свідчить про більший розповсюдження кущів. На відміну від цього, північні ліси, які вважаються найбільшою природною лісовою площею на землі після значного знищення тропічних лісів, були менш зеленими в Америці, ніж раніше, особливо за останні десять років. Це вказує на стрес на дерева від посилення посухи та лісових пожеж. [12]
В умовах більш теплого клімату бореальний (північний) ліс, швидше за все, поширюється далі на північ, захоплюючи атмосферний вуглець. Це означає пом'якшувальний ефект "негативного зворотного зв'язку", який потенційно може уповільнити глобальне потепління. Однак останні модельні розрахунки показують, що потемніння поверхні суші, що спричинить поширення лісів, також поглине настільки додаткове сонячне світло, що чистий ефект від збільшення лісових площ на крайній півночі буде більшим потеплінням клімату Землі. Крім того, ризик лісових пожеж в Арктиці може зрости більш ніж удвічі в деяких регіонах протягом наступних кількох десятиліть, що може спричинити виділення значної кількості вуглекислого газу.
Наслідки поза кліматичними змінами
Екологи з занепокоєнням сприймають майбутнє збільшення судноплавного руху в Арктиці, оскільки розливи нафти можуть мати набагато більш далекосяжні наслідки у високих широтах, ніж у теплих регіонах. Навіть через 14 років після аварії нафтового танкера "Exxon-Valdez" біля Аляски вчені все ще виявили значну кількість нафти на уражених пляжах, що продовжує створювати загрозу для мешкаючих там тварин [13]. У випадку аварії в районі зграйного льоду значна кількість нафти зберігається в морському льоду і транспортується до віддалених районів із льодоносом. Очікується також, що забруднення повітря в Арктиці різко зросте від судноплавства [14].
Зниження морського льоду має тривалий вплив на багато корінних народів, що проживають в Арктиці. Вони залежать від присутності морського льоду, щоб мати можливість зберегти свій традиційний спосіб життя і, отже, свою культурну самобутність. Зі зниженням традиційних мисливських угідь на морському льоді інуїти могли б дедалі більше зосереджуватись на риболовлі і таким чином підтримувати певну незалежність навіть у теплішому кліматі. Однак ступінь пристосованості сильно залежить від швидкості, з якою відбуватимуться можливі зміни. Це також стосується шансів на виживання таких видів тварин, як кільцевий тюлень та білий ведмідь, життєвий цикл яких адаптований до присутності морського льоду. Зважаючи на нинішні темпи зміни клімату в Арктиці, представляється сумнівним, чи можуть ці види тварин змінити свою поведінку досить швидко, щоб влітку вижити в вільній від льоду Арктиці.
Класифікація останніх змін
Починаючи з 1990 року, середня температура в Арктиці завжди була вище середньої температури минулого століття, з тенденцією до зростання. У 2005 р. Середня температура Арктики була на два градуси Цельсія вище середньої тривалості, а спостерігається потепління в Арктиці за останні кілька десятиліть було приблизно в два рази вище вимірюваного глобального потепління. У зв'язку з такими тенденціями виникає питання, наскільки вони спричинені людиною, оскільки, наприклад, температури в Арктиці близько 1940 року були на 1,5 градуса вище середньої температури 20 століття.
Детальний аналіз виявляє великі якісні відмінності між цим попереднім і сьогоднішнім теплим періодом. Потепління в середині минулого століття було набагато регіональнішим, ніж сьогодні, що впливає на всю Арктику. Кліматичне моделювання наполегливо припускає, що період потепління в 30-40-х роках минулого століття був спричинений головним чином природними змінами сонячної радіації. На відміну від цього, сучасне потепління можна моделювати за допомогою кліматичних моделей, лише якщо в розрахунках враховується техногенне збільшення концентрації парникових газів. Для більш оптимістичного сценарію викидів ("сценарій IPCC-B2") кліматичні моделі прогнозують потепління Арктики на чотири-шість градусів до кінця цього століття, внаслідок чого на зиму в деяких регіонах прогнозується потепління понад десять градусів. [15 ] Таке підвищення температури протягом століття значно перевищує природні коливання в останній геологічній історії.
Розмах морського льоду також схильний до природних коливань. Переважаючі вітрові системи мають сильний вплив на кількість льоду, що вивозиться з Арктики. Ці переважаючі вітрові системи описуються так званим індексом NAO ("Північноатлантичний індекс коливань"). У минулому більш позитивний індекс НАО призвів до більш сильних штормів в Арктиці, а отже, до збільшення експорту льоду та зменшення обсягу льоду влітку. Індекс НАО був менш позитивним із середини 90-х років, але масштаби льоду продовжували зменшуватися. Тому в останні роки спроби пояснити занепад льоду з точки зору природної мінливості часто досягають своїх меж.
Розглядаючи шанси на виживання білих ведмедів, іноді зазначається, що вони без проблем пережили б попередні теплі періоди клімату Землі, інакше вони тим часом вимерли б. Що не помічається, це те, що білі ведмеді - дуже молодий вид, який відокремився від гризлі лише близько 200 000 років тому. З тих пір Арктика постійно була вкрита морським льодом, як це видно з вивчення ядер осадів на дні океану [16]. Наскільки білий ведмідь виживе в дикій природі, залишається сумнівним - врешті-решт, модельні розрахунки Всесвітнього кліматичного звіту передбачають, що спад арктичного морського льоду продовжиться [17]. В даний час все ще існує велика невизначеність в оцінці моменту часу, коли Північний Льодовитий океан може бути практично вільним від льоду влітку. Залежно від розвитку майбутніх викидів парникових газів, цей момент часу може бути досягнутий вже до 2030 року, і якщо цьогорічне зменшення продовжиться навіть значно раніше. Консервативні модельні розрахунки не прогнозують вільного від льоду Північного Льодовитого океану влітку для «середнього» сценарію викидів Міжурядової групи з питань зміни клімату («сценарій IPCC-A1B»).
Заключними зауваженнями
Наші знання про те, як працює глобальна кліматична система, свідчать про те, що полярні регіони можна розглядати як систему раннього попередження, так і як регулятор клімату для нашої планети. Зміни, які слід очікувати в цих регіонах через кліматичні зміни, матимуть не лише місцеві, але й глобальні наслідки, головним чином тому, що зміни в полярних регіонах можуть суттєво сприяти збільшенню глобального потепління та його наслідків.
Зниження морського льоду в Арктиці, яке лише за кілька десятиліть може призвести до того, що влітку Арктичний океан буде практично вільний від льоду, матиме не лише серйозні кліматичні наслідки, але й призведе до значних зрушень в екосистемі Арктики та порушить численні геополітичні питання. Зміни в льодах Гренландії та Антарктики впливають безпосередньо на рівень моря і можуть суттєво сприяти підвищенню рівня моря в майбутньому. Глобальна циркуляція океану і, отже, кількість тепла, що транспортується до Європи Північноатлантичним потоком, також безпосередньо залежить від процесів у високих широтах.
"Страшні сумніви не дають міцної впевненості", - говорить щоденник, цитований на початку. Але, можливо, суттєві зміни, що спостерігаються в арктичній кліматичній системі, зрештою виявляться удачею: можливо, вони покажуть світовій спільноті можливі наслідки зміни клімату настільки чітко, що вона нарешті вирішить вжити ефективних заходів для захисту клімату. Це означає, що також існує ймовірність того, що високі широти збережуть якусь свою загадковість і в майбутньому.