Pod Grenlandią rosną „wodne drapacze chmur”. Tak przyspieszają topnienie lodu

Głęboko w grenlandzkich fiordach pracuje cichy mechanizm, który potrafi zjadać lód szybciej niż letnie upały.

Naukowcy właśnie pokazali, że największym wrogiem grenlandzkich lodowców nie zawsze jest gorące powietrze nad nimi, lecz gigantyczne fale ukryte głęboko pod powierzchnią morza. Te wewnętrzne „tsunami” rozkręcają spiralę topnienia w tempie, którego dotąd nawet nie brano pod uwagę w modelach klimatycznych.

Gdy lodowiec się kruszy, w głębinach rodzi się fala

Scenę znamy z filmów: potężny kawał lodu odrywa się od lodowca i z hukiem wpada do morza. Dla oka to spektakularny, ale krótki moment. Dla oceanu – początek serii zjawisk, które trwają godzinami.

Badania prowadzone przez zespół z uniwersytetu w Zurychu pokazują, że przy każdym takim odpadnięciu bryły lodu do fiordu powstają fale wewnętrzne w wodzie. Nie widać ich z brzegu ani z satelity, bo dzieją się pod powierzchnią. Ich wysokość – liczona od dna do szczytu fali – może dorównywać wysokości wieżowca.

Każdy upadek góry lodowej działa jak potężny tłok: wciska wodę w głąb i wprawia w ruch całe warstwy oceanu, aż setki metrów pod powierzchnią.

Takie „wodne drapacze chmur” mieszają ze sobą zimną wodę przy lodzie i cieplejszą wodę zalegającą głębiej w fiordzie. W efekcie cieplejsza masa wody trafia wprost pod jęzor lodowca, czyli tam, gdzie lód jest najbardziej wrażliwy.

Łańcuchowa reakcja: jedno załamanie rodzi kolejne

Kiedy cieplejsza woda dociera do podstawy lodowca, topi lód od spodu i podcina jego czoło. Ściana lodu staje się bardziej chwiejna, łatwiej pęka i wykrusza się dalej w morze.

Naukowcy opisują to jako „mnożnik odrywania się lodu”: jedno załamanie wywołuje fale, fale nasilają mieszanie wód, to przyspiesza topnienie, a szybsze topnienie zwiększa ryzyko kolejnych spektakularnych odpadnięć. Koło się zamyka.

Przez lata ten mechanizm pozostawał praktycznie niewidoczny dla instrumentów z kosmosu. Satelity świetnie liczą, ile lodu znika z powierzchni, ale nie widzą tego, co dzieje się w głąb wody – właśnie tam, gdzie ukrywa się spora część prawdziwej „pracy” oceanu nad lodem.

Jak kabel z internetu zamienił się w naukowy stetoskop

Żeby lepiej zrozumieć, co naprawdę dzieje się w grenlandzkich fiordach, naukowcy sięgnęli po technologię znaną raczej z telekomunikacji niż z glacjologii: długie kable światłowodowe.

Na dnie jednego z fiordów na południu Grenlandii ułożono około dziesięciokilometrowy odcinek światłowodu. Nie wysyłano nim danych, ale nasłuchiwano tego, jak drży i jak zmienia się jego otoczenie.

Technika, z której skorzystali badacze, nosi nazwę Distributed Acoustic Sensing (DAS). W praktyce zamienia zwykły kabel światłowodowy w tysiące drobnych czujników.

• Każdy metr kabla „słyszy” drgania gruntu i wody,
• rejestruje zmiany ciśnienia i temperatury,
• a system pomiarowy składa te sygnały w szczegółową mapę ruchów wody i lodu w całym fiordzie.

Dzięki temu naukowcy z projektu GreenFjord, wspieranego przez instytucję badawczą ze Szwajcarii, zobaczyli coś, czego nie wychwyciły wcześniej ani boje, ani radary, ani satelity.

Fale, które nie gasną po kilku minutach

Zebrane dane pokazały, że po każdym odpadnięciu bryły lodu powstaje cała seria fal. Te na powierzchni rozchodzą się efektownie, ale szybko słabną. Najciekawsze są kolejne, wewnętrzne.

One poruszają się w środku słupa wody, jak niewidzialne grzbiety i doliny. Mogą krążyć po fiordzie przez wiele godzin, odbijać się od dna i ścian, za każdym razem mieszając wodę jak gigantyczny mikser.

Z wyliczeń wynika, że same fale wewnętrzne potrafią stopić około centymetra lodu podczas jednego pełnego cyklu. Przy wielu powtórzeniach daje to nawet metr dziennie.

Metr utraconego lodu na dobę tylko od strony podwodnej to tempo porównywalne z tym, w jakim czoło lodowca przesuwa się do przodu. To znaczy, że znaczna część obserwowanego „znikania” lodu może pochodzić nie z wiatru i słońca, ale właśnie z działania tych fal.

Grenlandia topnieje według innych reguł, niż zakładano

Do tej pory wiele modeli klimatycznych traktowało ocean u czoła lodowca jak statyczną masę wody o określonej temperaturze. Teraz widać, że rzeczywistość jest znacznie bardziej dynamiczna.

W grenlandzkich fiordach działa lokalna pętla samonapędzająca: lodowiec się kruszy, powoduje fale, fale mieszają wodę, cieplejsza woda topi lód od spodu, co podnosi ryzyko kolejnych kruszeń. W rezultacie tempo podwodnej erozji lodu może być nawet stukrotnie większe, niż jeszcze niedawno sugerowały niektóre uproszczone obliczenia.

Dobrze pokazuje to przykład lodowca Eqalorutsit Kangilliit Sermiat, który był jednym z głównych obiektów badań. Co roku wypycha on do oceanu około 3,6 kilometra sześciennego lodu. To niemal trzykrotność objętości znanego polskim turystom lodowca w dolinie Rodanu.

Każdy z tych grenlandzkich „oddechów” w stronę morza zmienia nie tylko kształt fiordu, lecz także rozkład temperatury w wodzie. To z kolei wpływa na to, jak lodowiec będzie się zachowywał w kolejnych tygodniach i miesiącach.

Skutki sięgają daleko poza Arktykę

Choć te procesy zachodzą w jednym z najzimniejszych rejonów planety, ich efekty odczuje także reszta półkuli północnej. Arktyczny lód działa jak wielki regulator poziomu mórz i ruchu mas wody w oceanach.

Według szacunków klimatologów całkowite stopienie pokrywy lodowej Grenlandii podniosłoby średni poziom mórz o około siedem metrów. Nie chodzi tylko o dramatyczne scenariusze na koniec wieku. Już sama częściowa utrata lodu zmienia bieg prądów morskich, w tym systemu, do którego należy znany z lekcji geografii prąd znad Ameryki kierujący się ku Europie.

Osłabienie takich prądów to inne rozkłady temperatur, przestawienie stref niżów i wyżów, czyli praktyczne zmiany w pogodzie nad Europą. Dłuższe fale upałów, nietypowe ochłodzenia, intensywniejsze ulewy – wszystko to ma związek z tym, jak szybko i w jaki sposób topi się lód w Arktyce.

Dlaczego fale wewnętrzne są tak skuteczne?

Żeby zrozumieć siłę tego mechanizmu, warto wyjaśnić, czym w ogóle są fale wewnętrzne. W zwykłym wyobrażeniu fala to coś, co widać na powierzchni – grzbiet wody przesuwający się w stronę brzegu. W rzeczywistości w oceanie istnieją warstwy wody o różnej temperaturze i zasoleniu, czyli o różnej gęstości.

Na granicach takich warstw mogą tworzyć się fale, które nie docierają do powierzchni. Z punktu widzenia fizyki przypominają one fale na powierzchni, ale „płyną” wewnątrz wody. Gdy napędzi je wielka ilość energii, na przykład upadek sporej góry lodowej, potrafią osiągać wysokość porównywalną z wieżowcem, choć żaden obserwator na brzegu nie zobaczy nic spektakularnego.

Największą siłą fal wewnętrznych nie jest ich wysokość, ale to, że nieustannie mieszają ciepłą i zimną wodę, ścierając lód jak papier ścierny.

Dla lodowców oznacza to ciągłą dostawę cieplejszej wody tam, gdzie wcześniej zalegała głównie lodowata. Tradycyjna wizja: ciepłe lato topi lód od góry, mróz zimą spowalnia proces. Nowe dane: w głębi fiordów coś cały rok nieprzerwanie „pracuje” nad tym, by ciepło z głębin dotarło do podstawy lodu.

Co mogą z tym zrobić nauka i polityka klimatyczna?

Wprowadzenie kabli światłowodowych do badań lodu otwiera naukowcom nową drogę. Takie czujniki da się instalować w innych fiordach Grenlandii, na Antarktydzie, a nawet przy szelfach lodowych w Arktyce. To pozwoli lepiej oszacować, jak szybko rośnie przyszły wkład lodowców w poziom mórz.

Dla polityków i planistów oznacza to jedno: wcześniejsze szacunki wzrostu poziomu oceanów mogą okazać się zbyt ostrożne. Jeśli podwodna erozja lodu naprawdę bywa stukrotnie silniejsza, niż zakładano w prostszych modelach, trzeba będzie przyspieszyć plany zabezpieczenia wybrzeży, portów i miast nadmorskich.

Z perspektywy zwykłego odbiorcy klimatycznych wiadomości warto pamiętać, że część najważniejszych zmian dzieje się tam, gdzie ich nie widać – bez spektakularnych nagłówków o rekordowych upałach. Cichy ruch wody przy dnie fiordu może mieć większe znaczenie dla przyszłości wybrzeży niż kolejna fala gorąca nad Europą.

W praktyce każde ograniczenie emisji gazów cieplarnianych spowalnia nie tylko ocieplanie powietrza nad naszymi miastami, ale też nagrzewanie oceanów, które karmią takie wewnętrzne fale energią. Im chłodniejsze głębiny, tym słabszy „zgryz” oceanu w lodowce. A to bezpośrednio przekłada się na to, jak wiele czasu dostaną nadmorskie społeczności na dostosowanie się do życia z wyższym poziomem morza.