Fale jak drapacze chmur pod Grenlandią przyspieszają topnienie lodu

Głęboko pod lodowcami Grenlandii dzieje się coś, czego nie widać z brzegu ani na zdjęciach satelitarnych.

W ciszy pracują gigantyczne fale.

Naukowcy pokazali, że każdy upadek góry lodowej uruchamia pod wodą łańcuch zdarzeń, który podcina lodowce od spodu. W grę wchodzą fale wysokie jak wieżowiec, ciepła woda z głębin fiordu i bardzo precyzyjna sieć światłowodów ułożona na dnie.

Ukryty silnik topnienia lodu

Przez lata badacze traktowali topnienie lodowców Grenlandii głównie jako efekt rosnącej temperatury powietrza i oceanu. Nowe wyniki z fiordów na południu wyspy pokazują, że obraz jest znacznie bardziej skomplikowany. Lód nie tylko reaguje na klimat – sam, swoimi upadkami, przyspiesza własny zanik.

Kluczową rolę gra tu tzw. „cielenie” lodowca, czyli moment, w którym od jego frontu odrywa się potężny blok lodu i wpada do morza. Z brzegu wygląda to jak spektakularne załamanie ściany lodu, huk, chmura rozbryzgów i nowa góra lodowa dryfująca po powierzchni. Pod wodą to dopiero początek.

W momencie upadku góry lodowej do fiordu uwalnia się tyle energii, że w głębinach powstają fale wewnętrzne o wysokości porównywalnej z wieżowcem. Te „ciche tsunamis” mieszają wodę na setki metrów w dół.

Te fale nie są widoczne gołym okiem, bo poruszają się nie na powierzchni, lecz na granicy warstw wody o różnej gęstości i temperaturze. A właśnie tam rozgrywa się dramat lodowców.

Jak upadek góry lodowej podgrzewa podstawę lodowca

Fiordy grenlandzkie przypominają głębokie wanny, w których ciepła, słona woda z otwartego oceanu zalega niżej, a u góry płynie chłodniejsza woda roztopowa z lodowców. Bez silnego mieszania te warstwy pozostają względnie oddzielone. Fale wewnętrzne wszystko zmieniają.

Każdy upadek bloku lodu uruchamia serię fal:

• pierwsze fale widać na powierzchni – to zwykłe rozchodzące się grzywacze, które szybko słabną,
• później rodzą się fale wewnętrzne, które suną w głąb fiordu godzinami, daleko od miejsca upadku,
• w trakcie ruchu podrywają w górę cieplejszą wodę z głębin i przesuwają ją pod jęzor lodowca.

Ta ciepła masa wody działa jak niewidzialny palnik. Ogrzewa i rozpuszcza lód od spodu, w miejscu, gdzie lodowiec styka się z morzem. Front lodowy staje się coraz bardziej podcięty, traci stabilność i z czasem odrywa kolejne bloki. Mechanizm przypomina samonapędzającą się maszynę.

Każdy cykl fal potrafi „zjeść” z podstawy lodu około centymetra. Przy wielu epizodach dziennie łączna utrata dochodzi nawet do metra na dobę – tempo porównywalne z przesuwaniem się całego lodowca.

Fiber optyczny stetoskop dla fiordów

Przez długi czas ten proces pozostawał poza zasięgiem standardowych metod pomiarowych. Satelity świetnie śledzą zmiany powierzchni lodu, ale praktycznie nie sięgają wzrokiem w głąb wody. Przełom przyniosła technika, która na co dzień kojarzy się raczej z internetem niż z Arktyką – światłowody.

Distributed Acoustic Sensing – jak to działa

Międzynarodowy zespół badaczy ułożył około 10 kilometrów kabla światłowodowego na dnie jednego z fiordów w południowej Grenlandii. Wykorzystali system określany jako Distributed Acoustic Sensing (DAS). W praktyce oznacza to, że każdy metr światłowodu zamienia się w bardzo czuły czujnik drgań i zmian temperatury.

Impulsy laserowe wysyłane przez kabel odbijają się od mikroskopijnych niejednorodności w włóknie. Analizując powracający sygnał, naukowcy mogą odczytać, gdzie i kiedy doszło do minimalnego rozciągnięcia lub ściśnięcia włókna, czyli do drgań wywołanych ruchem wody czy gruntu.

Dzięki temu „stetoskopowi” na dnie fiordu badacze powiązali konkretne upadki gór lodowych z serią następujących po sobie fal i z przyspieszoną utratą lodu u podstawy lodowca. Wyniki trafiły do prestiżowego czasopisma naukowego i już zaczynają zmieniać sposób, w jaki klimatolodzy opisują przyszłość wielkich pokryw lodowych.

Lodowce pływowe – giganci, którzy sami sobie szkodzą

Szczególnie wrażliwe na ten mechanizm są tzw. lodowce pływowe, czyli takie, których jęzory kończą się bezpośrednio w morzu. Przykładem jest Eqalorutsit Kangilliit Sermiat w południowej Grenlandii, dokładnie monitorowany w opisywanym projekcie.

Ten jeden lodowiec zrzuca do oceanu około 3,6 kilometra sześciennego lodu rocznie, czyli prawie trzykrotnie więcej niż objętość całego lodowca Rona w Alpach. Każdy oderwany fragment nie tylko podnosi poziom morza, ale także uruchamia fale wewnętrzne, które jeszcze silniej podgryzają pozostały lód od spodu.

Lodowiec staje się jednocześnie ofiarą i sprawcą – z każdym upadkiem lodu tworzy warunki sprzyjające kolejnym załamaniom.

To sprzężenie zwrotne częściowo wyjaśnia, dlaczego dotychczasowe modele komputerowe zaniżały skalę podwodnego topnienia nawet kilkudziesięcio- czy stukrotnie w porównaniu z realnymi pomiarami. Bez uwzględnienia roli fal wewnętrznych prognozy były zbyt łagodne.

Co to znaczy dla poziomu mórz i pogody

Grenlandzka pokrywa lodowa zawiera tyle zamrożonej wody, że jej całkowite stopienie podniosłoby globalny poziom mórz o około siedem metrów. To scenariusz rozpisany na wiele stuleci, ale już obecne tempo utraty lodu wpływa na linie brzegowe i pogodę na półkuli północnej.

Nadmierny napływ słodkiej wody z topniejących lodowców rozcieńcza i ochładza powierzchniowe warstwy Atlantyku Północnego. Zmienia to warunki dla cyrkulacji oceanicznej, w tym dla systemu prądów określanego potocznie jako Gulf Stream. Osłabienie tych prądów może odbić się na klimacie Europy, w tym Polski, wpływając na rozkład opadów, długość zimy czy częstotliwość ekstremalnych zjawisk pogodowych.

Nowe dane z fiordów Grenlandii sugerują, że część tych zmian może nadejść szybciej, niż zakładano jeszcze dekadę temu. Skoro lód potrafi sam przyspieszać swoje topnienie, jego reakcja na dalsze ocieplenie atmosfery może być bardziej gwałtowna.

Dlaczego fale wewnętrzne trudno sobie wyobrazić

Fale kojarzą się z morskimi grzywaczami pędzącymi ku plaży. Te wewnętrzne zachowują się inaczej. Powstają tam, gdzie stykają się warstwy wody o różnej gęstości – np. ciepła, słona woda z głębin i chłodniejsza, lżejsza warstwa przy powierzchni. Gdy ta granica zostanie poruszona, zaczyna falować, jak prześcieradło potrząsane w powietrzu.

Skala zjawiska pod Grenlandią robi wrażenie. Wysokość takich fal liczona od dołu do góry warstwy może odpowiadać ponad stu metrom, czyli typowemu drapaczowi chmur. Dla człowieka patrzącego z łodzi powierzchnia morza pozostaje spokojna, a cała energia skupia się w środku słupa wody, gdzie nie dociera światło.

Żeby to zobaczyć, badacze wykorzystują boje pomiarowe, głębinowe termometry, sonary, a teraz także kable światłowodowe. Dopiero po złożeniu tych danych w całość widać, jak dynamiczny jest z pozoru statyczny lodowy krajobraz.

Co z tego wynika dla badań i polityki klimatycznej

Technika wykorzystująca światłowody otwiera drogę do stałego monitorowania innych fiordów, także na Antarktydzie. Wiele kabli już leży na dnie oceanów jako część infrastruktury telekomunikacyjnej. Część naukowców postuluje, by przynajmniej fragment tej sieci używać równolegle jako globalnej, „pasu słuchowego” dla Ziemi.

Dla polityki klimatycznej oznacza to lepsze dane do modeli i bardziej realistyczne scenariusze wzrostu poziomu mórz. Jeśli okaże się, że lodowce reagują szybciej na ocieplenie oceanu, niż dotąd przyjmowano, może to wymusić rewizję planów adaptacji wybrzeży, w tym zabezpieczeń portów i miast położonych nisko nad wodą.

Dla zwykłego czytelnika warto doprecyzować jeszcze jedną rzecz: sam mechanizm fal wewnętrznych nie jest niczym nowym, od dawna znamy go z oceanografii. Nowość polega na tym, że badacze po raz pierwszy pokazali, jak ogromne znaczenie ma on dla lodu Grenlandii i jak mocno sprzęga się z ciepłem doprowadzanym przez globalne ocieplenie. To połączenie naturalnej dynamiki fiordów z dodatkową porcją energii cieplnej z atmosfery sprawia, że lodowce znikają znacznie szybciej, niż sugeruje spokojny, arktyczny pejzaż.