Niewidoczne olbrzymy pod powierzchnią wody
Kiedy myślimy o topniejących lodowcach, zwykle wyobrażamy sobie słońce, ciepłe powietrze i powoli kapiący lód. Tymczasem nowe pomiary wykonane w jednym z fiordów południowej Grenlandii pokazują zupełnie inną rzeczywistość. Głębokie, niewidoczne fale wodne o wysokości wieżowca wciągają ciepłe masy wody ku górze i dosłownie wgryzają się w lodowce — dzień po dniu, bez przerwy.
Jak rodzą się podwodne fale giganci
Wszystko zaczyna się od pozornie znajomego widowiska: potężna bryła lodu odrywa się od czoła lodowca i z hukiem wpada do morza. Grzmot i fontanna piany robią wrażenie, ale prawdziwy dramat rozgrywa się potem — niewidoczny, głęboko pod powierzchnią.
Gdy góra lodowa uderza w wodę, uwalnia ogromną ilość energii. Ta energia generuje w fiordzie fale wewnętrzne — czyli paczki falowe przemieszczające się wewnątrz słupa wody, nie na jej powierzchni. Badacze z Uniwersytetu w Zurychu wraz z partnerskimi instytucjami wykazali, że fale te mogą osiągać wysokość kilkuset metrów — porównywalną z wysokim drapaczem chmur.
Każda odrywająca się góra lodowa uruchamia reakcję łańcuchową, która atakuje lodowiec od spodu.
Fale rozchodzą się po fiordzie, odbijają od stromych skalnych ścian i wielokrotnie przemierzają te same obszary wodne. Przy okazji dokładnie mieszają warstwy wody. Co kluczowe — stosunkowo ciepła woda z większych głębokości dociera bezpośrednio do czoła lodowca i jego spodniej powierzchni.
W jaki sposób fale zwielokrotniają topnienie
Nieustanne mieszanie mas wodnych zmienia fizykę u podstawy lodowca. Normalnie tworzą się tam warstwy wody roztopowej i chłodniejszej wody morskiej, które nieco spowalniają wymianę ciepła. Fale wewnętrzne regularnie rozbijają te strefy buforowe.
Zgodnie z nowymi pomiarami, jeden cykl falowy może stopić średnio około centymetra lodu. Brzmi niepozornie — jednak fale przemierzają fiord nawet przez wiele godzin, a podobne zdarzenia powtarzają się bardzo często.
- kilka serii falowych dziennie
- każdy cykl odpowiada do 1 cm topnienia lodu
- w sumie nawet do 1 m topnienia przy czole lodowca każdego dnia
Tempo topnienia osiąga w ten sposób wartości porównywalne z prędkością przesuwania się lodowca. Czoło lodowca traci masę niemal tak szybko, jak uzupełnia ją lód napływający od tyłu. To destabilizuje całą krawędź i przygotowuje grunt pod kolejne odłamania.
Wzmacniacz, który sam się napędza
Naukowcy mówią o efekcie mnożnikowym: każde odłamanie generuje fale, które osłabiają spód lodowca i tym samym sprzyjają kolejnym odłamaniom. Powstaje w ten sposób samonapędzający się krąg zdarzeń.
Lodowiec w pewnym sensie sam się pochłania — poprzez fale, które wytwarza przy każdym pęknięciu.
Modele klimatyczne uwzględniające dotąd jedynie temperatury powietrza i wody oraz widoczne procesy powierzchniowe poważnie niedoszacowują rzeczywistego tempa topnienia podwodnej części lodowców. Szacuje się, że w niektórych przypadkach modele myliły się nawet dziesięcio- do stukrotnie.
Światłowód jako gigantyczny mikrofon na dnie morza
Jak zmierzyć proces zachodzący setki metrów pod wodą, którego nie rejestrują ani satelity, ani klasyczne boje pomiarowe? Z pomocą przyszło nieoczekiwane rozwiązanie techniczne — technologia światłowodowa, znana na co dzień z przesyłu danych internetowych.
Na dnie fiordu w południowej Grenlandii ułożono około dziesięciokilometrowy kabel światłowodowy. Dzięki metodzie zwanej Distributed Acoustic Sensing każdy metr tego kabla zamienia się w osobny punkt pomiarowy. Wzdłuż całej jego długości można rejestrować najdrobniejsze drgania, naprężenia i zmiany temperatury.
W efekcie powstaje coś w rodzaju niezwykle rozciągniętego mikrofonu i termometru w jednym. Każde odłamanie góry lodowej, każda powstała z tego fala i jej dalsze wędrowanie — wszystko to pozostawia charakterystyczny ślad w sygnale przesyłanym przez włókno.
Światłowód służy tu nie do przesyłu danych, lecz jako czułe ucho przyłożone do dna fiordu.
Zebrane dane jednoznacznie pokazują: widoczne fale powierzchniowe zanikają stosunkowo szybko. Natomiast wewnętrzne, niewidoczne fale wędrują w głębinach znacznie dłużej i tam właśnie napędzają wymianę ciepła. Dopiero ta technika pozwoliła ilościowo ocenić ich wpływ.
Jeden lodowiec jako studium przypadku — cała czapa lodowa jako zagrożenie
W centrum obecnych badań znalazł się lodowiec pływowy w południowej Grenlandii, którego język wpada bezpośrednio do morza. Co roku wyrzuca on do oceanu około 3,6 km³ lodu — niemal trzy razy więcej niż objętość słynnego lodowca Rodanu w Alpach.
Każda z oderwanych brył lodowych wywołuje nowe fale, które z kolei przepychają ciepłą wodę ku czołu lodowca. Góry lodowe kształtują więc nie tylko powierzchnię fiordów, ale też ich strukturę termiczną i głębinowe prądy.
Podobnych lodowców pływowych jest na Grenlandii wiele. Zbadane miejsce to jedynie przykład licznych podobnych systemów fiordowych. Specjaliści są zdania, że opisany mechanizm działa w wielu regionach — dotychczas po prostu brakowało wystarczających danych pomiarowych.
Konsekwencje dla poziomu mórz i pogody
Grenlandzka pokrywa lodowa zawiera tyle zamrożonej wody, że jej całkowite stopienie podniosłoby globalny poziom mórz o około siedem metrów. Choć na razie do tego daleko, każde dodatkowe przyspieszenie topnienia zwiększa presję na strefy przybrzeżne na całym świecie.
- częstsze i silniejsze sztormy i powodzie przybrzeżne
- utrata terenów nadmorskich i przenikanie słonej wody do słodkowodnych ekosystemów
- kosztowne inwestycje ochronne w portowych metropoliach
Do tego dochodzi jeszcze jeden czynnik: woda roztopowa z Grenlandii wpływa na wielkie prądy morskie, m.in. system związany z Prądem Zatokowym. Prądy atlantyckie transportują ciepło z południa na północ. Jeśli ich siła lub przebieg ulegną zmianie, przesunie się rozkład opadów i temperatur w całym obszarze Północnego Atlantyku — aż po środkową Europę.
Dlaczego fale wewnętrzne działają tak inaczej
Pojęcie brzmi abstrakcyjnie, ale da się je prosto wyjaśnić. Woda morska jest zbudowana z warstw o różnej gęstości, zależnej od temperatury i zasolenia. Na granicach tych warstw mogą powstawać fale — podobnie jak na powierzchni między powietrzem a wodą, tyle że głęboko pod spodem.
Fale wewnętrzne poruszają się wolniej, ale mogą być znacznie wyższe niż zwykłe fale powierzchniowe. Przenoszą energię i ciepło na duże odległości oraz mieszają słup wody w sposób, który satelity ledwo potrafią zarejestrować. To właśnie te fale decydują o tempie topnienia w grenlandzkich fiordach.
Co nowe odkrycia oznaczają dla nauki
Dla modeli klimatycznych i prognoz poziomu mórz wniosek jest jeden: bez uwzględnienia efektów tych fal obliczenia pozostają niekompletne. Przyszłe modele muszą brać pod uwagę, w jakim stopniu fale wewnętrzne zwiększają transport ciepła do czoła lodowca.
Sieci pomiarowe oparte na światłowodach mogłyby zostać rozlokowane w kolejnych fiordach — nie tylko na Grenlandii, ale też na Antarktydzie czy w regionach z morskimi lodowcami odpływowymi. Wiele krajów i tak układa podwodne kable telekomunikacyjne. Część tej infrastruktury mogłaby być w przyszłości wykorzystywana również do monitorowania wrażliwych obszarów klimatycznych.
Dla przeciętnego człowieka to wszystko wydaje się odległe — gdzieś między górami lodowymi a arktycznymi fiordami. W rzeczywistości jednak te ciche procesy pracują nad zmianami, które prędzej czy później odbiją się na codziennym życiu: wyższe stany wód, zmienione zimy, nowe ekstremalne zjawiska pogodowe. Prawdziwa siła zmian klimatycznych ujawnia się nie tylko w rekordach upałów, lecz także w gigantycznych falach, których nikt nie widzi — głęboko pod lodem Grenlandii.
