Fale wysokości wieżowca pod Grenlandią przyspieszają topnienie lodu

Pod powierzchnią spokojnych Greenlandzkich fiordów rozgrywa się zjawisko, którego żaden satelita nie zarejestruje, a żadne oko nie zobaczy. Gdy gargantuiczna bryła lodu odrywa się od czoła lodowca i spada w wody fiordu, wyzwala falę energetyczną o sile, która może być porównywalna z uderzeniem pociągu towarowego. To nie jest jednak widowisko na powierzchni – to cichy, podwodny proces, który dosłownie gotuje ocean wokół lodowca, podgrzewając wodę przy jego podstawie i przyspieszając jego zanik w tempie, które zaskoczyło samych naukowców.

Pod lodowatą taflą wody u wybrzeży Grenlandii coś nieustannie porusza ocean, podgryzając lód od spodu i przyspieszając jego zanik.

Naukowcy pokazują, że to nie tylko cieplejsze powietrze rozbija grenlandzkie lodowce. Gdy ogromne bryły lodu spadają do fiordów, wywołują gigantyczne, niewidzialne fale wewnętrzne, które mieszają wodę jak łyżka wrzącej zupy i dostarczają ciepło prosto pod lodową ścianę.

Ukryty mechanizm: lodowiec sam przyspiesza własne topnienie

Przez lata naukowcy patrzyli na lodowce głównie z góry: z samolotów i satelitów. Widzieli cofające się czoła lodu, coraz większe szczeliny, coraz częstsze urwania brył. Brakowało jednak kluczowego elementu układanki – tego, co dzieje się głęboko pod powierzchnią wody.

Nowe badania w jednym z fiordów na południu Grenlandii pokazują, że każdy gwałtowny odpad bryły lodu to coś znacznie więcej niż widowiskowy huk i fala przy brzegu. To impuls energetyczny, który uruchamia serię potężnych fal wewnętrznych, biegnących przez cały fiord i sięgających setek metrów w dół.

Te podpowierzchniowe fale mogą mieć wysokość porównywalną z wieżowcem i działać godzinami po jednym oderwaniu bryły lodu.

Fale tego typu nie są widoczne gołym okiem ani na zdjęciach satelitarnych. Nie widać ich jak klasycznego tsunami. Działają w głębi kolumny wody, na granicach między warstwami o różnej temperaturze i zasoleniu.

Gdy bryła lodu spada do fiordu, ocean zaczyna się gotować

Moment odpadnięcia bryły od czoła lodowca nazywa się cieleniem. Z perspektywy fizyki to zrzut masy o ogromnej energii kinetycznej. Blok lodu spada, zanurza się, wynurza, obraca – i przepycha wodę na wszystkie strony.

Badanie zespołu z Uniwersytetu w Zurychu pokazuje, że właśnie wtedy powstają dwie grupy fal:

• fale powierzchniowe – widoczne przy brzegu, szybko zanikające,
• fale wewnętrzne – ukryte pod powierzchnią, trwające nawet wiele godzin.

To te drugie robią największą różnicę dla lodu. W fiordach grenlandzkich przy dnie zalega zwykle cieplejsza, gęstsza woda oceaniczna. Nad nią leży chłodniejsza, lżejsza warstwa zasilana przez topniejący lodowiec. Fale wewnętrzne zachowują się jak gigantyczny mikser: podrywają cieplejszą wodę z głębi i pchają ją w stronę podstawy lodowca.

Każda taka seria fal wewnętrznych działa jak ciepły prąd opływający stopę lodowca – tam, gdzie lód jest najbardziej wrażliwy.

W efekcie czoło lodowca traci stabilność nie tylko od góry, gdzie działa powietrze, ale przede wszystkim od dołu, gdzie napiera coraz cieplejsza woda.

Fale, których nie widzą satelity: do gry wchodzi światłowód

Jak w ogóle zauważyć zjawisko, którego nie rejestrują ani oczy, ani kamery z kosmosu? Tu do badań wkroczyła technologia kojarzona raczej z internetem niż z lodowcami: światłowody.

Międzynarodowy zespół ułożył w jednym z fiordów na południu Grenlandii około dziesięciokilometrowy kabel światłowodowy na dnie morskim. Wykorzystał go nie do przesyłu danych, lecz jako ciągły czujnik. Metoda, którą zastosowano, nosi nazwę Distributed Acoustic Sensing (DAS) .

W dużym uproszczeniu:

• każdy metr światłowodu działa jak osobny mikroczujnik,
• system rejestruje minimalne odkształcenia włókna wywołane falami, drganiami dna i zmianami temperatury,
• dzięki temu powstaje bardzo dokładna mapa ruchów wody w całym fiordzie.

Dane z projektu GreenFjord, wspieranego przez Swiss Polar Institute, pokazały, że po każdym cieleniu lodowca wzdłuż całego fiordu biegnie wyraźny „sygnał falowy”. Najpierw krótkotrwały impuls przy powierzchni, potem długi, pulsujący ciąg fal wewnętrznych.

Analiza wskazuje, że pojedynczy cykl fal może doprowadzić do stopienia około centymetra lodu. Seria takich cykli w ciągu doby daje topnienie sięgające nawet metra.

To tempo porównywalne z tym, jak szybko cały lodowiec przemieszcza się w stronę morza. Światłowód pozwolił zmierzyć ten proces z precyzją, której wcześniej brakowało – zamiast szacunków z powierzchni pojawiły się twarde liczby z głębi fiordu.

Grenlandzki lodowiec jak fabryka własnej zagłady

Badany lodowiec Eqalorutsit Kangilliit Sermiat to tak zwany lodowiec uchodzący do morza. Jego jęzor wpada wprost do fiordu, a oderwane bryły stają się górami lodowymi dryfującymi po oceanie.

Według szacunków naukowców ten jeden lodowiec wypuszcza rocznie około 3,6 kilometra sześciennego lodu. To blisko trzykrotność objętości lodowca Rona w Alpach. Każdy taki blok po oderwaniu nie kończy „kariery” na efektownym zdjęciu z drona. Dalej pracuje na dnie i w głębi fiordu:

• przekształca ukształtowanie dna morskiego,
• wywołuje kolejne fale wewnętrzne,
• wzmacnia mieszanie się wód i podprowadzanie ciepła do podstawy lodowca.

Otrzymujemy mechanizm samonapędzający się. Cieplejsza woda szybciej topi lodowiec, to zwiększa tempo cieleni, a każde cieleni tworzy kolejne fale wewnętrzne, które jeszcze bardziej podgrzewają strefę kontaktu lodu z wodą.

Lodowiec zachowuje się trochę jak piec, który sam dorzuca drewna do ognia przy każdym kolejnym pęknięciu.

Dlaczego wcześniejsze modele topnienia tak się myliły

Klasyczne modele zmian grenlandzkich lodowców brały głównie pod uwagę temperaturę powietrza i średnią temperaturę oceanu. To zrozumiałe – takie dane łatwo zebrać na dużą skalę. Problem w tym, że takie podejście ignoruje drobiazgi, które w skali lokalnej wywołują lawinowe efekty.

Nowe pomiary sugerują, że w przypadku topnienia podwodnej części lodowców niektóre wcześniejsze szacunki mogły zaniżać realny ubytek lodu nawet stukrotnie. Nie dlatego, że źle zmierzono temperaturę, lecz dlatego, że pominięto mechanikę mieszania wody wywołaną samym cieleniem.

W praktyce oznacza to, że lodowce uchodzące do morza są bardziej wrażliwe na zmiany niż sądzono. Ich zachowanie zależy nie tylko od tego, jak szybko ociepla się atmosfera, ale też od częstotliwości i charakteru oderwań brył. To z kolei może różnić się między poszczególnymi fiordami i latami.

Co grenlandzkie fale znaczą dla reszty planety

Topnienie Grenlandii nie jest lokalnym problemem. Cała czapa lodowa na tej wyspie magazynuje gigantyczną ilość wody. Gdyby stopiła się w całości, poziom mórz podniósłby się o około siedem metrów. Taki scenariusz rozgrywałby się przez stulecia, lecz już częściowe stopienie ma odczuwalne skutki dla współczesnych społeczeństw.

Większa ilość słodkiej wody trafiającej do Północnego Atlantyku wpływa na duże systemy prądów morskich, w tym na krążenie kojarzone z prądem znanym jako Gulf Stream. Zmiana gęstości i rozkładu zasolenia może stopniowo osłabiać transport ciepła z tropików na północ. To z kolei przekłada się na pogodę w Europie, w tym w Polsce – przez inne rozkłady niżu i wyżu, częstotliwość sztormów czy charakter zim.

Procesy dziejące się po cichu w jednym grenlandzkim fiordzie wpływają w długim czasie na poziom wody w portach i pogodę nad Bałtykiem.

Czym właściwie jest fala wewnętrzna i dlaczego jest tak skuteczna

Dla lepszego wyobrażenia warto zrozumieć samo pojęcie fal wewnętrznych. W oceanach woda nie jest wszędzie taka sama. Różni się temperaturą, zasoleniem, gęstością. Te różnice tworzą warstwy – coś w rodzaju poziomów wody, które nie mieszają się idealnie.

Gdy pojawia się silny impuls, na przykład spadający blok lodu, granice między warstwami zaczynają się falować. To trochę tak, jakby w przeźroczystym napoju o kilku kolorach jedna warstwa zaczęła podskakiwać względem drugiej. Powstaje fala, ale nie na górze napoju, tylko wewnątrz.

Taka fala, w przeciwieństwie do zwykłej fali na powierzchni, porusza i miesza wodę tam, gdzie na co dzień panuje względny spokój: w głębinach. Dlatego tak skutecznie transportuje ciepło ku lodowi.

Czy ta wiedza da się wykorzystać w praktyce

Samych fal oczywiście nikt nie zatrzyma. Ich źródłem jest grawitacja i podstawowe prawa fizyki. Wiedza o ich roli pozwala natomiast precyzyjniej planować i oceniać scenariusze na przyszłość.

Dzięki danym z kabli światłowodowych można:

• lepiej szacować, które lodowce cofną się najszybciej,
• ulepszać modele wzrostu poziomu mórz, z których korzystają miasta nadbrzeżne przy planowaniu infrastruktury,
• wybierać kluczowe miejsca do dalszego monitoringu terenowego.

Co ciekawe, światłowody, które już leżą na dnach mórz jako kable telekomunikacyjne, potencjalnie da się wykorzystać w podobny sposób. To otwiera drogę do znacznie tańszego, gęstszego monitoringu zjawisk w rejonach polarnych i w innych trudnodostępnych akwenach.

Dla przeciętnego mieszkańca Europy może to brzmieć abstrakcyjnie, ale w praktyce decydenci korzystają z takich analiz, by ocenić ryzyko powodzi sztormowych, długotrwałych susz czy zmian w rolnictwie. Fale wielkości wieżowca szalejące gdzieś pod Grenlandią wchodzą tym samym na listę czynników, które pośrednio wpływają na to, jakie lato zobaczymy za kilkanaście czy kilkadziesiąt lat za oknem.