Niewidoczne megafale po upadku góry lodowej
Wyobraź sobie niewidoczne fale wysokie jak drapacz chmur, przemierzające wąskie fiordy, wprawiające ciepłą wodę w ruch i nieustannie podgryzające pokrywę lodową. Najnowsze pomiary z wykorzystaniem kabli światłowodowych ujawniają, że te ukryte prądy sprawiają, iż lodowce znikają znacznie szybciej, niż dotychczas zakładały modele klimatyczne.
Co się naprawdę dzieje pod powierzchnią wody
Kiedy myślimy o topniejących lodowcach, zazwyczaj wyobrażamy sobie ciepłe letnie powietrze i ustępujący śnieg. Na Grenlandii dzieje się jednak coś zupełnie innego. Gdy na skraju lodowca potężna tafla lodu odpryskuje i runięciem trafia do morza, ogromna ilość energii wyzwala się w wodzie.
Taki moment to nie tylko efektowne plśnięcie na powierzchni. Pod wodą rodzi się seria ukrytych fal — zwanych falami wewnętrznymi — które niczym ciche tsunami przemierzają fiord. Badacze m.in. z Uniwersytetu w Zurychu opisują, że fale te mogą osiągać dziesiątki do setek metrów wysokości, co odpowiada budynkowi liczącemu kilkadziesiąt pięter.
Fale te nie przemieszczają się po powierzchni, lecz na granicy warstw wody o różnej temperaturze i gęstości — dokładnie tam, gdzie stosunkowo ciepła, słona woda zderza się z zimniejszą, lżejszą wodą lodowcową.
Każda spadająca góra lodowa działa jak podwodna eksplozja, która całkowicie wstrząsa fiordem i popycha ciepłą wodę bezpośrednio na ścianę lodowca.
Dzięki temu intensywnemu mieszaniu cieplejsza głęboka woda wciąż na nowo styka się z podstawą lodowca. Ściana lodu staje się coraz mniej stabilna, łatwiej odpryskuje — i uruchamia się reakcja łańcuchowa: jedna odrywająca się góra lodowa czyni kolejne zawalenie bardziej prawdopodobnym.
Światłowód jako ogromny podwodny mikrofon
Do niedawna ten proces pozostawał w dużej mierze niewidoczny. Satelity rejestrują zmiany na powierzchni lodu, ale nie to, co dzieje się setki metrów głębiej w wodzie. Klasyczne boje pomiarowe też dają jedynie fragmentaryczny obraz sytuacji.
Dlatego międzynarodowy zespół badaczy wybrał inne podejście. W fiordzie w południowej Grenlandii, przy lodowcu Eqalorutsit Kangilliit Sermiat, ułożono na dnie morskim dziesięciokilometrowy kabel światłowodowy. Nie posłużył on do przesyłu internetu — stał się precyzyjnym instrumentem naukowym.
Dzięki technice zwanej Distributed Acoustic Sensing taki kabel zamienia się w tysiące niezależnych czujników. Impulsy laserowe biegną przez włókno, a mikroskopijne naprężenia lub drgania szkła są odbijane z powrotem. W ten sposób możliwy jest ciągły pomiar:
- drgań wody i dna morskiego
- przejścia fal na różnych głębokościach
- niewielkich zmian temperatury wzdłuż kabla
Z uzyskanego strumienia danych badacze wyodrębnili wyraźny wzorzec. Po każdym momencie cielenia się — oderwaniu bloku lodu — najpierw pojawiają się zwykłe fale powierzchniowe, które stosunkowo szybko wygasają. Następnie nadchodzi druga generacja fal wewnętrznych, przemierzających fiord przez wiele godzin i wielokrotnie mieszających warstwy wody.
Centymetr na falę, do metra dziennie
Na podstawie pomiarów i obliczeń modelowych naukowcy oszacowali, ile lodu znika przy każdej fali. Wynik jest niepokojący: jedna cykl fal wewnętrznych może wytopić około centymetra lodu. Ponieważ cykl ten powtarza się wielokrotnie, straty szybko się kumulują.
W przypadku aktywnych lodowców, gdzie niemal codziennie odrywają się wielkie bryły lodu, podwodne topnienie może wynosić nawet niemal metr dziennie. Takie tempo zbliża się do prędkości, z jaką sam lodowiec przesuwa się ku morzu.
Okazuje się, że podwodne topnienie to nie drobny szczegół — to czynnik, który w niektórych modelach był niedoszacowany nawet stukrotnie.
W przypadku badanego lodowca chodzi o ogromne objętości. Eqalorutsit Kangilliit Sermiat dostarcza rocznie do oceanu szacunkowo 3,6 kilometra sześciennego lodu — to niemal trzy razy więcej, niż zgromadzone jest w słynnym lodowcu Rodan w Alpach.
Lodowce, które same przyspieszają swój zanik
Nowe odkrycia przedstawiają mniej uproszczony, za to bardziej rzetelny obraz grenlandzkiej czapy lodowej. To nie jest zwykłe topnienie wywołane cieplejszym powietrzem czy oceanem. Lodowce same wzmacniają proces, który powoduje ich cofanie się.
Każda zawalająca się ściana lodu:
- uruchamia serię fal wewnętrznych
- powoduje dodatkowe mieszanie ciepłej i zimnej wody
- przyspiesza topnienie u podstawy lodu
- zwiększa prawdopodobieństwo kolejnego cielenia się
Badacze mówią zatem o rodzaju samowzmacniającej się pętli. Lodowiec nie jest tylko ofiarą ocieplenia — jest aktywnym uczestnikiem własnego zaniku. To sprawia, że przyszłość tzw. lodowców morskich, których fronty lodowe kończą się bezpośrednio w morzu, jest wyjątkowo niepewna.
Od grenlandzkiego fiordu do globalnego poziomu morza
To, co dzieje się w jednym odległym fiordzie, nie pozostaje zjawiskiem lokalnym. Grenlandia jest jednym z największych „banków lodu" na Ziemi. Gdyby cała czapa lodowa zniknęła, globalny poziom morza wzrósłby o około siedem metrów. Taki scenariusz nie grozi w ciągu najbliższych dekad, ale nawet częściowo przyspieszone topnienie niesie poważne konsekwencje.
Więcej wody lodowcowej w Oceanie Północnoatlantyckim zmienia gęstość i cyrkulację wody morskiej. Wielkie prądy oceaniczne, takie jak Golfsztrom, są na to wrażliwe. Zmiany w tych prądach wpływają z kolei na wzorce opadów, trasy burz i temperatury na półkuli północnej — w tym w Europie.
To, co dzieje się pod powierzchnią wody przy Grenlandii, może z czasem decydować o tym, ile linii brzegowej trzeba będzie chronić lub oddać morzu.
Dla krajów nadmorskich z rozległymi systemami wałów przeciwpowodziowych i wrażliwymi deltami każda dekada przyspieszonego topnienia jest sygnałem do działania: wyższe wały, inne decyzje przestrzenne lub szybsza redukcja emisji CO₂, by wyhamować ocieplenie.
Dlaczego fale wewnętrzne są tak potężne
Fale wewnętrzne nie występują wyłącznie przy Grenlandii. Powstają wszędzie tam, gdzie warstwy wody o różnej gęstości przesuwają się względem siebie — na przykład w tropikalnych morzach czy głębszych jeziorach. W fiordach z lodowcami dochodzi jeszcze dodatkowe źródło zaburzeń: spadające masy lodu.
Ponieważ fale te przemieszczają się głęboko pod powierzchnią, mogą wydawać się nieszkodliwe. W rzeczywistości niosą ogromną energię. Ich prędkość i wysokość zależą od kilku kluczowych czynników:
| Czynnik | Wpływ na fale wewnętrzne |
|---|---|
| Różnica temperatury między warstwami wody | Większa różnica oznacza silniejsze fale i intensywniejsze mieszanie |
| Wielkość spadającej góry lodowej | Większa masa wyzwala więcej energii i wyższe fale |
| Kształt i głębokość fiordu | Wąski i głęboki fiord wzmacnia ruch falowy i zatrzymuje energię |
| Częstotliwość cielenia się | Wiele kolejnych zawalisk generuje niemal stałą „podwodną burzę" |
Mierząc wszystkie te czynniki za pomocą światłowodów i uzupełniających instrumentów, naukowcy mogą dokładniej przewidzieć, które lodowce będą cofać się najszybciej. To z kolei pozwala na precyzyjniejsze regionalne prognozy dotyczące wzrostu poziomu morza.
Nowa technika pomiarowa, nowe pytania
Zastosowanie światłowodu jako czujnika otwiera zupełnie nowe pole badawcze. Istniejące podmorskie kable telekomunikacyjne mogłyby teoretycznie być odczytywane w ten sam sposób. Bez dodatkowych boi i kosztownej infrastruktury powstałoby globalne „ucho" na dnie oceanu, rejestrujące trzęsienia ziemi, prądy morskie i podwodne fale.
Dla badań klimatycznych oznacza to zarówno nowe możliwości, jak i nowe wyzwania. Jeśli podwodne procesy topnienia okażą się równie silne w innych miejscach jak w grenlandzkim fiordzie, wiele modeli lodowych będzie wymagało korekty. Może to oznaczać, że niektóre dotychczasowe szacunki przyszłego wzrostu poziomu morza były zbyt optymistyczne.
Pojęcia takie jak „fala wewnętrzna" czy „Distributed Acoustic Sensing" brzmią może abstrakcyjnie. Pomyśl jednak o jeziorze z cienką warstwą zimnej wody na górze i cieplejszą wodą na dole. Wrzuć do niego głaz. Nie tylko na powierzchni powstaną fale — wewnątrz jeziora warstwy wody również zaczną falować i przesuwać się. Przy Grenlandii tym głazem jest bryła lodu wielkości bloku mieszkalnego, a jezioro łączy się z oceanem.
Dla turystów stojących kiedyś nad krawędzią grenlandzkiego fiordu i obserwujących przewracającą się górę lodową za hukiem i chluśnięciem kryje się znacznie więcej. Rozpoczyna się wielogodzinny podwodny taniec mas wodnych, który każdej doby wytopiczy kolejny kawałek lodowca. Dla decydentów i inżynierów obliczających przyszłe wysokości wałów przeciwpowodziowych to właśnie te ciche procesy w głębinach mogą decydować o tym, czy za kilka pokoleń stopy będą suche, czy mokre.
