Gigantyczne fale pod Grenlandią przyspieszają topnienie lodowców. Naukowcy są zaskoczeni skalą zjawiska

Pod powierzchnią spokojnych wód Grenlandii rozgrywa się spektakl, którego skala zaskoczyła nawet najbardziej doświadczonych badaczy klimatu. Gigantyczne fale wewnętrzne, dorównujące wysokością miejskim wieżowcom, działają niczym ukryty motor napędzający niszczenie lodowców od spodu. To przełomowe odkrycie rzuca nowe światło na procesy, które przez dekady pozostawały niewidoczne dla satelitów i tradycyjnych czujników.

Naukowcy opisali właśnie mechanizm, który brzmi jak klimatystyczny thriller: ogromne, wewnętrzne fale w oceanie, wysokie jak wieżowiec, mieszają ciepłą wodę u stóp lodowców i potrafią zjeść nawet metr lodu dziennie.

Gdy lodowiec się kruszy, zaczyna się cicha lawina zdarzeń

Grenlandia kojarzy się z obrazkami spokojnie dryfujących gór lodowych. W rzeczywistości każdy spektakularny odłamek lodu, który odpada z czoła lodowca i wpada do fiordu, uruchamia serię gwałtownych procesów pod powierzchnią wody.

Podczas takiego zdarzenia kolosalny blok lodu spada do morza z ogromną energią. Na powierzchni widzimy wysoki rozbryzg, fale i pękający lód. Prawdziwy dramat rozgrywa się jednak w głębi fiordu. Spadająca góra lodowa wywołuje w wodzie tzw. fale wewnętrzne – podobne do tsunami, ale ukryte kilkadziesiąt, a nawet kilkaset metrów pod powierzchnią.

Badania pokazują, że te ukryte fale mogą osiągać rozmiary wieżowca i w ciągu jednego cyklu stopić około centymetra lodu u podstawy lodowca.

Takie fale nie tylko podrywają wodę z dna fiordu, ale też mieszają ją z chłodniejszymi warstwami wyżej. Do podstawy lodowca dociera wtedy strumień cieplejszej, słonej wody. Lodowiec staje się mniej stabilny, jego czoło szybciej się cofa, a kolejne fragmenty lodu mają większą szansę się oderwać. Tworzy się samonapędzająca się pętla.

Wewnętrzne fale: niewidzialny motor topnienia lodu

To, co naukowcy zaobserwowali w grenlandzkich fiordach, przypomina efekt domina. Jeden spektakularny upadek góry lodowej nie kończy się w momencie, gdy opadają fale na powierzchni. Głębokie warstwy fiordu dalej „pracują”.

Wewnętrzne fale, niewidoczne gołym okiem, mogą podróżować wzdłuż fiordu przez długie godziny. Rozbijają się na zboczach podwodnych dolin, odbijają od dna, zderzają ze sobą, cały czas mieszając słupy wody. Każdy taki cykl oznacza kolejne porcje cieplejszej wody podprowadzane do kontaktu z lodem.

• Wysokość fal wewnętrznych: porównywalna z wysokością wysokiego budynku.
• Czas trwania pojedynczego epizodu: kilka godzin nieprzerwanego mieszania wody.
• Tempo topnienia lodu przez te fale: ok. 1 cm na cykl, do 1 m na dobę przy serii zdarzeń.

W skali tygodni czy miesięcy to robi ogromną różnicę. Lodowiec może tracić masę nie tylko „od góry”, przez ciepłe powietrze, ale też „od dołu”, gdzie nie dociera ludzkie oko ani zwykłe pomiary terenowe.

Jak światło w kablu zamieniło się w sejsmometr klimatu

Przez lata naukowcy wiedzieli, że lodowce w Grenlandii cofają się szybciej, niż wynikałoby to z samych pomiarów temperatury powietrza i oceanu. Brakowało im sposobu, by zajrzeć dokładnie w miejsce, gdzie lód styka się z morzem. Tam, kilkaset metrów pod powierzchnią, tradycyjne czujniki zwyczajnie sobie nie radzą, a satelity widzą tylko to, co dzieje się na wierzchu.

Dlatego międzynarodowy zespół badaczy postanowił wykorzystać technikę stosowaną dotąd m.in. w telekomunikacji i monitorowaniu trzęsień ziemi. Na dnie jednego z fiordów na południu Grenlandii ułożyli dziesięciokilometrowy kabel światłowodowy i zamienili go w szereg ultra-czułych detektorów.

Distributed Acoustic Sensing – podsłuch na dnie fiordu

Zastosowana metoda nosi nazwę Distributed Acoustic Sensing. W dużym skrócie: urządzenie na brzegu wysyła do światłowodu krótkie impulsy światła. Każde mikroskopijne naprężenie, ruch dna, przejście fali czy zmiana temperatury delikatnie zmienia sposób, w jaki światło odbija się wewnątrz włókna. Analizując te odbicia, naukowcy są w stanie „zobaczyć”, co dzieje się na całej długości kabla – praktycznie metr po metrze.

Światłowód położony na dnie fiordu zamienił się w ogromne „ucho” nasłuchujące pracy lodowca i ruchu wody, z dokładnością niemożliwą do osiągnięcia klasycznymi czujnikami.

Dzięki tysiącom godzin zarejestrowanych danych badacze prześledzili pełen przebieg zdarzeń. Widzieli moment odłamania się góry lodowej, pierwszą falę na powierzchni, a potem całe „echo” wewnętrznych fal w głębi fiordu. Udało się powiązać te sygnały z realnym tempem topnienia lodowca w miejscu, gdzie zanurza się on w morzu.

Lodowiec, który sam przyspiesza własne cofanie się

Jako poligon badawczy posłużył lodowiec Eqalorutsit Kangilliit Sermiat w południowej części Grenlandii. To tzw. lodowiec uchodzący do morza – jego jęzor wprost wpada do fiordu. Każdego roku ten jeden lodowiec wyrzuca do oceanu około 3,6 kilometra sześciennego lodu. To prawie trzykrotnie więcej niż całkowita objętość lodowca Rona w Alpach.

Nie chodzi wyłącznie o samą ilość lodu. Oderwane bryły spadają na dno fiordu, zmieniają jego ukształtowanie, tworzą nowe progi i zagłębienia. Wraz z tym zmienia się tor przepływu wody i sposób, w jaki rozchodzą się fale. Z każdym kolejnym rokiem cały system staje się bardziej dynamiczny.

Badacze wskazują, że lodowiec nie tylko reaguje na ocieplenie atmosfery i oceanu, ale także aktywnie napędza własne topnienie. Każdy duży upadek góry lodowej to porcja energii wprowadzona do wód fiordu. Ta energia zamienia się w ruch, fale, mieszanie ciepła. A to z kolei przygotowuje grunt pod kolejne oderwania lodu.

Dlaczego wcześniejsze modele się myliły

Symulacje komputerowe używane do tej pory w wielu scenariuszach klimatycznych nie uwzględniały dokładnie takich efektów. W rezultacie tempo podwodnego topnienia było w nich nawet sto razy zaniżone w porównaniu z tym, co teraz wskazują pomiary światłowodowe.

Co grenlandzkie fale znaczą dla reszty globu

Topnienie jednej pokrywy lodowej w odległej części Arktyki z pozoru wydaje się czymś odległym od życia w Polsce czy w Europie. Skala zjawiska sprawia jednak, że konsekwencje trudno zignorować. Gdyby cała czapa lodowa Grenlandii zniknęła, poziom mórz na Ziemi wzrósłby o około siedem metrów. Nawet częściowa utrata lodu w tym tempie przyspiesza wzrost poziomu oceanów, co w dłuższej perspektywie uderza w nadmorskie miasta i infrastrukturę.

Dodatkowo słodka woda z topniejącego lodu zmienia zasolenie północnego Atlantyku. To wpływa na potężne prądy, z których najgłośniej omawiany jest Gulf Stream. Zmiany w jego sile i położeniu odbijają się na pogodzie w całej północnej półkuli – od huraganów nad Ameryką, po zimowe burze w Europie.

Każdy „cichy” metr lodu zjedzony przez wewnętrzne fale w jednym fiordzie w długim okresie przyczynia się do przestawiania klimatycznych wajch w miejscach oddalonych o tysiące kilometrów.

Cicha granica lodu i oceanu – dlaczego tak trudno ją zbadać

Styk lodu i słonej wody to jedno z najbardziej niedostępnych miejsc do badań na naszej planecie. Panuje tam niemal całkowita ciemność, niska temperatura, wysokie ciśnienie, a dostęp blokują grube płyty lodowe i niebezpieczne bryły. Klasyczne czujniki, boje i roboty podwodne działają w takich warunkach krótko, często giną lub ulegają uszkodzeniu.

Światłowody przyklejone do dna fiordu dają badaczom coś w rodzaju „rentgena” tej strefy. Nie trzeba ich wyciągać, nie trzeba codziennie serwisować. Wystarczy odczytywać zmiany sygnału świetlnego. Taki sposób monitorowania można w przyszłości przenieść do innych fiordów, a nawet powiązać z istniejącymi podmorskimi kablami telekomunikacyjnymi.

Z perspektywy zwykłego odbiorcy łatwo przeoczyć wagę tych badań. Nie chodzi tylko o dokładniejsze liczby w raportach klimatycznych. Nowe dane pozwalają lepiej oceniać ryzyko lokalnych katastrof – gwałtownego odłamania dużych partii lodu, skoków poziomu wody w fiordach czy przyspieszenia erozji wybrzeży.

Warto też pamiętać, że mechanizm opisany w Grenlandii może działać w innych regionach polarnych, na przykład przy lodowcach Antarktydy uchodzących bezpośrednio do oceanu. Jeśli tam również fale wewnętrzne tak skutecznie podprowadzają ciepło pod lód, globalne prognozy wzrostu poziomu mórz mogą wymagać kolejnych korekt.