Globalny wzrost poziomu morza - pomiary in situ i satelitarne

Ten materiał prezentujemy w ramach współpracy z Patronite.pl. Jacek Baraniak jest założycielem grupy Antropogeniczne Zmiany Klimatu i środowiska naturalnego, oraz twórcą blog klimatziemi.pl, popularyzator wiedzy o zmianach klimatu. Możesz wspierać autora bezpośrednio na jego profilu na Patronite.

Robert Kopp, z Uniwersytetu Rutgers z Wydziału Nauk Ziemi i Planetarnych, w swojej zespołowej pracy zwrócił uwagę, że nauka o poziomie morza wskazuje na dużą niepewność w prognozach przyszłego systemu klimatycznego Ziemi. Wszystko w dużej mierze zależy od tego, jakie scenariusze emisji gazów cieplarnianych obierze nasza cywilizacja (1).

Autorzy powyższej pracy zaznaczyli, że w długoterminowym oddziaływaniu wzrost temperatury globalnej spowoduje coraz szybszy wzrost poziomu morza z powodu topnienia lodu na Ziemi, zarówno pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy, jak i lodowców górskich oraz z powodu rozszerzalności termicznej, czyli rosnącej objętości coraz cieplejszych wód oceanicznych i morskich, i ze zmiany magazynowania wody na lądach.

Natomiast w krótkoterminowym oddziaływaniu zmienności klimatyczne, jak np. pływy czy sztormy już w tej chwili wywierają poważne szkody w przybrzeżnych ekosystemach oraz w infrastrukturze budowlanej i drogowej ludzi.

Autorzy w powyższej pracy napisali o przesuwaniu się masy między kriosferą, hydrosferą lądową i oceaniczną, co wywołuje efekty, które zmieniają wysokość powierzchni morza, a także deformują skorupę ziemską, wpływając na wysokość lądu. Są to tzw. efekty grawitacyjne, rotacyjne i deformacyjne (GRD – gravitational, rotational, and deformational) (np. J. A. Clark i C. S. Lingle, 1977 ; Jerry X. Mitrovica i in., 2011). Gdyż, ciągła reakcja płaszcza Ziemi na przeszłe zmiany obciążenia powoduje wzrost dodatkowych efektów GRD, znanych jako glacjalna korekta izostatyczna (GIA – Glacial Isostatic Adjustment); np. (M. Y. Farrell i J. A. Clark 1976 ; Kurt Lambeck et al., 2014 ; W. R. Peltier et al., 2015).

Skoro z powodu ocieplenia klimatu topnienie lodu na Ziemi podnosi poziom morza, to naukowców intrygowało, kiedy dokładnie i w jakich obszarach planety przebiega on najszybciej. Tę zagadkę udało się rozwiązać w 2019 roku niemieckiemu oceanografowi Sönke Dangendorfowi, który, wraz ze swoim zespołem badawczym z Uniwersytetu w Siegen, dokonał tak zwanej rekonstrukcji hybrydowej (HR – Hybrid Reconstruction) poszczególnych regionów oceanicznych na Ziemi(2).

Naukowcy zastosowali dwie metody:

1. Probabilistyczna, w której dobrze da się uchwycić długoterminowe zmiany klimatu, ale słabo krótkoterminowe zmiany, jak np. takie zmienności klimatyczne jak ENSO (El Nino / La Nina)
2. Empiryczna ortogonalna, w której na odwrót, dobrze da się uchwycić zmiany krótkoterminowe, a słabiej długoterminowe

Dzięki tym dwóm metodom skompletowali zapis z pływomierzy (mareografów), od 1900 do 2018 roku, łącznie z pomiarami z altymetrów (wysokościomierzy) satelitarnych, wykonywanymi od 1991 roku przez ESA (Europejską Agencję Kosmiczną) i od 1993 roku przez NASA (Narodową Amerykańską Agencję Kosmiczną).

Badacze zauważyli najważniejszą rzecz, że w latach 60. wzrost poziomu morza zaczął przyspieszać, co widać na poniżej przedstawionym wykresie. Analizując wzrost poziomu morza sprzed 60 lat, zaobserwowali, że jest najwyższy na półkuli południowej na styku Oceanu Indyjskiego i Oceanu Spokojnego oraz w Oceanie Atlantyckim.

Na 40-tym stopniu południowej szerokości geograficznej wieją bardzo silne Wiatry Zachodnie, tzw. "ryczące czterdziestki", które silnie spychają ciepłą górną warstwę wody daleko na północ, po to by spowodować wypływ zimniejszej gęstszej wody z głębin oceanu. I właśnie ta zimna woda pochłania znacznie więcej ciepła, co skutkuje większą rozszerzalnością termiczną, czyli zwiększaniem się objętości wody morskiej. Wyniki badań wskazały w ciągu 70 lat intensyfikację Wiatrów Zachodnich o 15%, co poskutkowało wzrostem średniego globalnego poziomu morza do 40 mm.

Z badań w 2019 roku wynika, że termosteryczny wzrost poziomu morza odpowiadał wówczas w przybliżeniu za jedną czwartą obserwowanego tempa globalnego wzrostu poziomu morza w latach 1961-2003, przyczyniając się do wzrostu 0,32 ± 0,12 mm w ciągu roku, dzięki ociepleniu wód do głębokości 700 m oraz 0,42 ± 0,12 mm w ciągu roku, dzięki ociepleniu wód do głębokości 3000 m.

Dalsza część artykułu pod materiałem wideo

Jeszcze jedna z prac na temat oszacowania przyspieszenia wzrostu poziomu morza może wzbudzić zainteresowanie, w której dokonano jednocześnie analizy satelitarnej NASA i ESA, czego wcześniej nie brano pod uwagę.

Duńscy oceanografowie: Tadea Veng i Ole B. Andersen z DTU Instytutu Narodowego (National Space Institute) na Technicznym Uniwersytecie Danii w Lyngby, przedłużyli i powiększyli zapis satelitarnych altymetrów mierzących wzrost poziomu morza(3).

Mianowicie, naukowcy przeanalizowali wspólne pomiary NASA i ESA. Co ciekawe, satelity TOPEX A/Poseidon, TOPEX B/Poseidon, Jason-1, Jason-2 i Jason-3 z NASA (TPJ) w altymetrii nie uwzględniały pomiarów z regionów arktycznych, co skrupulatnie wykonywały satelity ERS-1, ERS-2, Envisat i CryoSat 2 z ESA. Satelity ESA rozpoczęły pomiary od 1992 r., a NASA od 1993 r.

W VI Raporcie IPCC został dokładnie uwzględniony wkład z topnienia pokryw lodowych Grenlandii i Antarktydy, który wprawdzie nie jest tak duży jak wpływ czynnika termosterycznego (rozszerzalności termicznej), czy też topnienia lodowców górskich na wszystkich szerokościach geograficznych, lecz naukowcy zaobserwowali, że na podstawie wielu prac w modelu CMIP6, najprawdopodobniej tenże wkład będzie znacznie większy.

Przy kontynuacji scenariusza "biznes jak zwykle" po przekroczeniu 2 stopni Celsjusza nastąpi poważna destabilizacja Antarktydy Zachodniej, która już wówczas nie będzie możliwa do odwrócenia.

Referencje:

1. Kopp R. E. et al., 2019 ; Usable Science for Managing the Risks of Sea-Level Rise; Earth’s Future ; https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1029/2018EF001145
2. Dangendorf S. et al., 2019; Persistent acceleration in global sea-level rise since the 1960s; Nature Climate Change ; https://www.researchgate.net/figure/Performance-of-the-HR-in-comparison-to-satellite-altimetry-and-tide-gauges-a-Correlation_fig1_334975572
3. Veng T. et al., 2020; Consolidating sea level acceleration estimates from satellite altimetry; Advances in Space Research; https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S027311772030034X

Ten materiał prezentujemy w ramach współpracy z Patronite.pl. Jacek Baraniak jest założycielem grupy Antropogeniczne Zmiany Klimatu i środowiska naturalnego, oraz twórcą blog klimatziemi.pl, popularyzator wiedzy o zmianach klimatu. Możesz wspierać autora bezpośrednio na jego profilu na Patronite.