Antarktický ľadový paradox

Záhada rastúcej plochy morského ľadu v okolí Antarktídy

Paradoxy existujú len dovtedy, kým ich niekto zmysluplne nevysvetlí. A platí to aj o pribúdajúcom morskom ľade v okolí Antarktídy. Naša planéta sa v dôsledku spaľovania uhlia, ropy a iných fosílnych palív neustále otepľuje a asi najnápadnejším prejavom týchto zmien je rýchly ústup ľadu na celej Zemi.

Obr. 1: Mohutný tabuľový ľad na okraji šelfového ľadovca (v popredí) obkolesený kryhami morského ľadu, ktorý ma výrazne menšiu hrúbku (Foto: Torsten Blackwood)

Dobrým príkladom je Arktída, kde morský ľad ustupuje dokonca ešte rýchlejšie ako predpokladali modely. Ako sa ale zdá, v okolí Antarktídy, sa deje pravý opak (Obr. 1). Družicové merania ukazujú, že plocha ľadu koncom antarktického leta tu od roku 1979 pomaly rastie, a to rýchlosťou 2-6 % za desaťročie. V tejto súvislosti asi neprekvapí ani fakt, že už tri roky po sebe (2012-2014) dosahuje plocha ľadu rekordné hodnoty, a to aj napriek tomu, že celá oblasť sa významne otepľuje (Obr. 2 a 3). Napríklad teplota vody Južného oceánu, ktorý obklopuje kontinent, sa zvyšovala v období 1955-1995 rýchlosťou až 0,17 °C za desaťročie, čo je rýchlejšie ako globálny priemer všetkých oceánov. Navyše, najnovšia štúdia v časopise Nature naznačuje, že v niektorých oblastiach je hrúbka morského ľadu významne väčšia než sa pôvodne predpokladalo (pozri video). 

Obr. 2: Vývoj teploty vzduchu (hore) a rozsahu plávajúceho morského zaľadnenia (dole) v oblasti Južného oceánu v období rokov 1979-2004 (Zdroj)

Obr. 3: Pozorované trendy teploty vzduchu v Antarktíde a okolí v období rokov 1981-2007 (Zdroj)

Čo je to za záhada? Nemal by aj tu, podobne ako v Arktíde, ľad byť na ústupe? Kľúč k jej vyriešeniu však ponúka samotný ľadový kontinent. Podobne ako v Grónsku, aj v Antarktíde sa ľadovce na pevnine v dôsledku otepľovania topia, a to veľmi rýchlo. Satelitné merania gravitačného poľa a výšky povrchu ľadovcov poukazujú na skutočnosť, že vo východnej Antarktíde množstvo ľadu síce pomaly pribúda, no keďže topenie ľadovcov v západnej Antarktíde je veľmi rýchle, kontinent ako celok prišiel v období rokov 1992-200 o približne 1350 mld. ton ľadu. To sa nakoniec aj prejavilo v náraste hladiny oceánov o takmer 2 milimetre za rovnaké obdobie. 

Video 1: Ľadovce v západnej Antarktíde pravdepodobne dosiahli tzv. "bod zlomu" (Zdroj)

Najrýchlejšie ľad ustupuje  na pobreží Amundsenovho mora, kde ľadovce ako Pine Island, Thwaites či Crosson prichádzajú ročne až o 7 metrov zo svojej celkovej hrúbky (v období 2003-2008; Obr. 4). Navyše sa zdá, že niektoré z najväčších západoantarktických ľadovcov, medzi nimi aj Pine Island, sa nachádzajú v tesnej blízkosti „bodu“, po ktorého prekročení sa môžu začať topiť ešte rýchlejšie (NASA, pozri Video 1). To by nakoniec mohlo viesť až k destabilizácii celého ľadovcového štítu v Západnej Antarktíde a nárastu hladiny oceánov až o 7 metrov v časovom horizonte niekoľkých nasledujúcich storočí. Ako ale súvisí rast plochy morského ľadu s tým, čo sa odohráva na pevnine?

Obr. 4: (hore) Pozorované zmeny mocnosti (hrúbky) a hmoty (v mld. ton) šelfových ľadovcov v období rokov 2003-2008 - západná Antarktída je označená ako WAIS (Zdroj); (dole) odhadované zmeny celkovej hmoty ľadovcových štítov v mld. ton (Gt) v jednotlivých regiónoch Antarktídy (západná - WAIS, východná Antarktída - EAIS, Antarktický polostrov - APIS; vyššie) a to isté pre Antarktídu, Grónsko - GrIS (nižšie; Zdroj)

Ako vždy, existuje hneď niekoľko teórií, ktoré vrhajú na tento zdanlivý paradox trochu viac svetla. Jednou z nich je predpoklad, podľa ktorého sa voda, pochádzajúca z ustupujúcich ľadovcov na pevnine, stále vo väčších množstvách rozlieva do okolitých morí a riedi slanú morskú vodu až natoľko, že v zime povrch rýchlejšie zamŕza (menej slaná voda má vyšší bod tuhnutia). Tým sa ľad na povrchu šíri rýchlejšie a dosahuje teda aj väčšiu plochu. Tento proces navyše urýchľujú aj početnejšie ľadovcové hory (icebergy), ktoré sa rýchlejšie a vo väčšom množstve odlamujú od pobrežného tabuľového ľadu a ďaleko v mori sa stávajú ďalším zdrojom sladkej vody. 

Obr. 5: Pozorované trendy celkovej koncentrácie morské ľadu analyzované na základe družicových pozorovaní zo satelitu Aqua - veľmi výrazne prírastky množstva ľadu sú viditeľné v oblasti Rossovho mora - nápadne červená oblasť pri spodnom okraji obrázku (Zdroj)

Druhá teória spája tento fenomén so silnejšou atmosférickou cirkuláciou v dôsledku výrazného oslabenia ozónovej vrstvy nad Antarktídou v 70. a 80. rokoch minulého storočia. Chýbajúci ozón v spodnej stratosfére viedol k rýchlemu poklesu teploty vzduchu vo výškach okolo 10 až 25 kilometrov, a to až o viac ako 1,5 °C od roku 1960. Cirkumpolárny atmosférický vír (tzv. polárny vortex) sa v období polárnej zimy kvôli nižších teplotám v stratosfére stáva výraznejším a prispieva k formovaniu hlbších a intenzívnejších cyklón. Prenos veľmi studeného vzduchu z vnútrozemia Antarktídy na voľné more je tak intenzívnejší, čo napríklad v oblastiach Rossovho mora prispieva k rýchlejšiemu ochladzovaniu povrchu oceánu a tým aj väčšiemu rozsahu plávajúceho ľadu.

Tretia teória, podobne ako tá prvá, vidí príčinu v jednom z ďalších prejavov klimatickej zmeny. Tým ako sa Antarktída a celá oblasť Južného oceánu postupne otepľujú v dôsledku globálneho otepľovania, teplejší vzduch obsahujúci väčšie množstvo vodnej pary vedie k intenzívnejším zrážkam nad oceánom. Padajúce zrážky, podobne ako väčší odtok z topiacich sa ľadovcov, spôsobujú pokles salinity morskej vody (pokles obsahu soli), čo vedie k skoršiemu a rýchlejšiemu nárastu plochy ľadu.

A ktorá z uvedených teórií je tá správna, prípadne absolútne dominantná? Pravdepodobne ani jedna z nich. Inak povedané, celkom možné je to, že všetky pôsobia súčasne a v konečnom výsledku sa vzájomne synergicky podmieňujú. A okrem toho, vplyv prvého, druhého či tretieho mechanizmu bude zrejme od regiónu k regiónu odlišný.

Na záver možno povedať asi už len jednu poznámku. Aj keď sa možno na prvý pohľad zdá, že rast plochy morského ľadu okolo Antarktídy je v rozpore s inými prejavmi globálneho otepľovania, údaje a výskum ukazujú, že v tomto prípade ide skutočne len o „zdanlivý“ paradox.

Video 2: Dr. Guy Williams vysvetľuje, ako globálne otepľovanie súvisí s rekordne veľkou plochou morského ľadu v Antarktíde


Zdroje  
Is Antarctica losing or gaining ice?
http://www.skepticalscience.com/antarctica-gaining-ice-intermediate.htm
The World Is Warming. So Why Is Antarctic Sea Ice Hitting Record Highs?
http://1url.cz/ICG5
Part Two: How do we measure Antarctic ice changes?
http://www.skepticalscience.com/Part-2-How-do-we-measure-Antarctic-ice-changes.html
West Antarctic Glacier Slow-Speed Collapse May Be Unstoppable.
http://1url.cz/gCGb
Antarctic ice-sheet loss driven by basal melting of ice shelves.
http://www.nature.com/nature/journal/v484/n7395/full/nature10968.html
Why is Antarctic sea ice at record levels despite global warming? 
http://www.theguardian.com/environment/2014/oct/09/why-is-antarctic-sea-ice-at-record-levels-despite-global-warming
Glaciers & climate change.
http://www.antarcticglaciers.org/glaciers-and-climate/glacier-recession/glaciers-and-climate-change/
NASA-UCI Study Indicates Loss of West Antarctic Glaciers Appears Unstoppable.
http://1url.cz/iCG9

Increasing Antarctic Sea Ice under Warming Atmospheric and Oceanic Conditions.

http://psc.apl.washington.edu/zhang/Pubs/Zhang_Antarctic_20-11-2515.pdf
Antarctic ice thicker than previously thought, study finds.
http://www.theguardian.com/environment/2014/nov/24/antarctic-ice-thicker-survey-finds
Thick and deformed Antarctic sea ice mapped with autonomous underwater vehicles.
http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2299.html 
Antarctic sea ice variability and trends, 1979–2006.
http://1url.cz/sClt
Sea ice down under: Antarctic ice and climate.
http://nsidc.org/icelights/2012/01/11/sea-ice-down-under-antarctic-ice-and-climate/
A Reconciled Estimate of Ice-Sheet Mass Balance.
http://www.sciencemag.org/content/338/6111/1183

Bol prekonaný rekord najnižšej teploty na Zemi?

Americkí vedci z Národného centra pre výskum snehu a ľadu (NSIDC) v Boulderi oznámili na začiatku tohto týždňa, že v jednej z najvyššie položených a najodľahlejších oblastí Antarktídy zaregistrovali v priebehu zimy 2010 a 2013 doteraz najnižšiu teplotu na Zemi, a to mínus 93,2 °C (Obr. 1 a 2). Medzi predstaviteľmi Svetovej meteorologickej organizácie (WMO) však táto senzácia žiadne veľké vzrušenie nevyvolala, rozhodne nie dostatočné na to, aby sa okamžite rozbehli prepisovať tabuľku s doteraz platným a oficiálnym rekordom, ktorý bol zaznamenaný v takmer identickej oblasti bieleho kontinentu pred viac ako 30 rokmi (mínus 89,2 °C; ruská polárna stanica Vostok, 21. júla 1983; Obr. 3).

Obr. 1: Oblasť, v ktorej bola v priebehu zím 2010 a 2013 zaznamenaná dištančnými meraniami extrémne nízka povrchová teplota, pripomína rozsiahlu plochú tabuľu, s minimálnymi terénnymi nerovnosťami (Zdroj) 

Zdržanlivý postoj WMO je celkom právom na mieste – „nové“ teplotné minimum bolo totiž zmerané odlišným spôsobom ako to v roku 1983, a to dištančným satelitným odhadom pomocou družíc AQUA a novšieho Landsatu 8, ktorý bol vypustený len tento rok. WMO, riadiaca sa všeobecne platnými a záväznými normami, v prípade rekordných teplôt „uznáva“ len teploty registrované klasickými staničnými prístrojmi (teplomermi), ktoré sú umiestnené v štandardnej dvojmetrovej výške nad zemským povrchom. Aby nie, veď pri prekonávaní teplotných rekordov ide niekedy len o desatinky stupňa Celzia, a takúto presnosť možno očakávať len od klasických teplomeroch, ku ktorej sa družicové odhady zatiaľ ani zďaleka nepriblížili.

Obr. 2: (hore) Obrázok z družice AQUA, zobrazujúci termálny profil Antarktídy, bol vykonaný pomocou spektrometra MODIS v období 2003-2013 - tmavšia sivá farba reprezentuje nižšie povrchové teploty. Detailnejšie snímkovanie uskutočnené satelitom Landsat 8 v júli a auguste 2013 (purpurové štvorce) prinieslo presnejšiu lokalizáciu dvoch regiónov s výskytom teploty nižšej ako mínus 93 °C - červené body. Na obrázku je aj lokalizácia výskumnej stanice Vostok s doteraz platným rekordom minimálnej teploty vzduchu (Zdroj); (dole) fyzicko-geografická mapa Antarktídy s označením hlavných regiónov a významných orientačných bodov (Zdroj: Wikipedia)  

Satelitné merania povrchovej teploty, aj keď prinášajú v porovnaní s bodovými meraniami „in situ“ nesporné výhody (globálny rozsah merania, a to hlavne v odľahlých častiam Zeme – Antarktída, oceány, atď.), nemožno zatiaľ v žiadnom prípade považovať za úplne rovnocenné s meraniami v meteorologických búdkach (upresňujú len priestorový obraz priemerných teplotných pomerov). Dôvodov je hneď niekoľko. Detektory snímajúce unikajúce dlhovlnné žiarenie zemského povrchu, a to najmä v pásmach atmosférického „okna“ 10-12 μm, sú nielen že umiestnené vysoko na zemskej orbite vo výške okolo 700 km, ale okrem toho merajú buď to len teplotu samotného povrchu alebo len určitej, pomernej hrubej vrstvy vzduchu nad ním (1-3 km), a to ku všetkému ešte nepriamo. To znamená, že teplota nie je priamym výstupom meraní, ale musí sa stanoviť pomocou prevodného algoritmu z hodnôt intenzity IR žiarenia (dlhovlnné žiarenie). Veľkosť chyby nakoniec zvyšuje aj pomerne malé priestorové rozlíšenie družicového snímania povrchu, ktoré je v prípade satelitu AQUA 1000 metrov a Landsatu(8) 100 metrov. Konečná chyba merania teploty tak môže v konkrétnych termínoch presiahnuť aj viac ako 3 °C.

Obr. 3: Ruská výskumná stanica Vostok, nachádzajúca vo Východnej Antarktíde v nadmorskej výške 3 488 metrov, bola v prevádzke v rokoch 1957 až 1994 (Zdroj) 

Ako sme uviedli aj vyššie, problémom je aj to, že družice nedokážu priamo merať teplotu vo výške 2 metre nad povrchom – v opačnom prípade by bola teplota ľahko porovnateľná z meraniami na stanici Vostok. Keďže ide „len“ o teplotu zemského povrchu, je porovnanie nemysliteľné, pretože v podstate ide o odlišnú fyzikálnu veličinu, nevzťahujúcu sa k teplote vzduchu. Porovnávali by sme tak hrušky s jablkami, a to sa v meteorológii nevypláca. Okrem toho, hodnoty teploty, ktoré zaznamenal Landsat a AQUA sú v lepšom prípade až o 5 °C nižšie ako teplota samotného vzduchu (v tom horšom môže byť tento rozdiel aj väčší; rozdiel vyplýva z fyzikálnej podstaty ochladzovania zemského povrchu a vzduchu v období so zápornou bilanciou žiarenia - povrch sa ochladzuje rýchlejšie ako vzduch, v noci je preto povrch chladnejší). Niet teda pochýb o tom, že družice zaregistrovali skôr teploty, ktoré boli minimálne tak nízke ako v roku 1983, no veľmi pravdepodobne nie nižšie.

Obr. 4: Antarktída je najchladnejším a najsuchším kontinentom na Zemi - 98 % jeho povrchu pokrýva ľadovec s hrúbkou minimálnej 1,6 kilometra (Zdroj: Wikipedia)

Nakoniec, ako uvádzajú aj samotní predstavitelia výskumného tímu, družicové merania povrchovej teploty sú zatiaľ len predbežnými odhadmi, ktoré pomohli presnejšie lokalizovať regióny s pravdepodobným výskytom veľmi nízkych teplôt na povrchu antarktického ľadovca. Do týchto oblastí budú následne umiestnené klasické staničné prístroje, ktoré minimálnu teplotu v najbližších rokoch viacej spresnia. Na prekonanie oficiálneho rekordu si preto budeme musieť ešte niekoľko rokov počkať. Či k tomu nakoniec aj skutočne dôjde je otázne, no nie nemožné, keďže oblasť, do ktorej a výskumný tím vydá, sa nachádza, v porovnaní s výskumnou stanicou Vostok (3488 m n.m.), predsa len o niekoľko stoviek metrov vyššie. Nie je nakoniec ani vylúčené, že staničné merania namerajú v oblasti ešte nižšie teploty, ako družice.

V každom prípade je ale predpoklad amerických vedcov o nájdení jednej z najchladnejších oblastí sveta celkom určite správny. Ide totiž o región, ktorý sa nielenže nachádza takpovediac na samotnej streche Antarktídy vo výške okolo 4000 m n.m., ale oplýva aj zaujímavými terénnymi prvkami – ľadovcovými úvalinami (niekoľko desiatok metrov širokými, niekoľko kilometrov dlhými a max. 5 metrov hlbokými dolinami, vyhĺbených erozívnym pôsobením silného vetra) – v ktorých sa za jasného počasia v priebehu polárnej noci hromadí veľmi studený a suchý vzduch. V dôsledku stáleho anticyklonálneho počasia, suchého vzduchu s malým množstvom vodnej pary a dokonca aj oxidu uhličitého, neexistuje nič, čo by teplo pri zemskom povrchu zadržiavalo. Pokles teploty v týchto meteorologických podmienkach je preto nevyhnutný a extrémny.

Niet sa preto čomu čudovať, že o možnostiach poklesu teploty v Antarktíde počas polárnej noci pod mínus 90 °C sa medzi odborníkmi diskutuje už celé desaťročia – je teda len otázkou času, kedy takto nízka teplota bude aj reálne zaregistrovaná a oficiálne uznaná WMO. V minulosti tomu bránilo len jedno – malý počet meteorologických staníc vo vnútrozemí ľadového kontinentu.

Zdroje 

Press Release: Landsat 8 helps unveil the coldest place on Earth 

http://nsidc.org/news/press/2013_ColdestPlace_PR.html

Brrrr! -135.8°F Measured at Earth's New Coldest Spot
http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2596
Climate Variability and Extremes (WMO)
https://www.wmo.int/pages/themes/climate/climate_variability_extremes.php 
Station Vostok

http://www.aari.nw.ru/projects/Antarctic/stations/vostok/vostok_en.html

Ozónová vrstva nad Arktídou a klimatická zmena

Globálne otepľovanie a antropogénne emisie skleníkových plynov oneskorujú obnovu ozónovej vrstvy

Arktída a jej ekosystém má pre režim počasia a klímy v Európy nesmierny, no dodnes ešte nie celkom pochopený a „docenený“ význam. V súčasnosti už vieme, že tento odľahlý kút sveta prekonáva v posledných desaťročiach zásadné a veľmi komplexné zmeny, ktoré sú podmienené predovšetkým rýchlou zmenou klímy v tomto regióne. V priebehu posledných troch dekád (od roku 1980) sa oblasť Arktídy otepľuje v dôsledku antropogénne zosilneného skleníkového efektu atmosféry, ako aj silnejúcich spätných väzieb zo strany atmosférickej cirkulácie a úbytku snehovej pokrývky a ľadu, približne 2 až 3-krát rýchlejšie ako zvyšok sveta. Rýchlosť otepľovania však nemá bezprostredný vplyv len na ďalší a stále rýchlejší ústup polárneho zaľadnenia v Grónsku či v oblasti Severného ľadového oceánu, alebo zmenu dynamiky a režimu cirkulácie vzduchu nad rozsiahlymi oblasťami severnej pologule, ale aj na teplotný režim stratosféry a stav ozónovej vrstvy nad Arktídou. 

Tento problém sa stal aktuálnejším najmä na začiatku roku 2011, kedy v priebehu februára a marca došlo k veľmi rýchlemu a svojim rozsahom aj bezprecedentnému poklesu koncentrácie stratosférického ozónu, ktorého dôsledky bolo možné sledovať v Európe a v Severnej Amerike ešte dva roky po tejto udalosti (v lete 2012). Ako možno vidieť aj v nasledujúcom dokumente, „The Arctic & the Ozone Layer: Stabilizing our environment and climate“, podporenom Svetovou meteorologickou organizáciou (WMO), za hlavnú príčinu masívneho úbytku ozónu nad severnou pologuľou možno označiť nielen abnormálne nízke teploty v spodnej stratosfére, ale aj pokles transportu ozónu z oblasti rovníka k severnému pólu, pravdepodobne vplyvom slabšej výškovej (stratosférickej) cirkulácie v predošlom období. Vedecký výskum v tejto oblasti však prináša aj čosi závažnejšie, a to, že uvedená anomália ani zďaleka nie je vecou náhody. Je prejavom dlhodobého ochladzovania spodnej stratosféry, ktoré je do veľkej miery podmienené silnejúcich skleníkovým efektom nižšie ležiacich troposférických vrstiev.

Video: Dokumentárny film „The Arctic & the Ozone Layer: Stabilizing our environment and climate“ prináša veľmi zrozumiteľným spôsobom vysvetlenie príčin náhleho poklesu koncentrácie stratosférického ozónu nad Arktídou v roku 2011 a jeho možné dôsledky na tunajší ekosystém (Zdroj)

Situácia v roku 2011

V priebehu marca 2011 zaznamenali pozemné a satelitné merania nad Arktídou výrazné zníženie množstva stratosférického ozónu (NASA Earth Observatory, Obr. 1 a 2). Nad niektorými regiónmi dosiahli jeho koncentrácie bezprecedentne nízku úroveň, keď v porovnaní s dlhodobým priemerom poklesli miestami až o 70 %. Jedna z najnižších hodnôt bola zaregistrovaná nad centrálnou Sibírou, a to 250 Dobsonovych jednotiek (DJ), čo je len 30 DJ nad úrovňou, kedy sa už toto zredukovanie ozónosféry označuje termínom „ozónová diera“ (Obr. 3). Hlavnú príčinu rýchlej deštrukcie ozónu, a to prevažne vo výške 18-23 km, možno vidieť v ešte stále vysokých koncentráciách chlórofluórokarbonových halogénov (CFCs), látok, ktoré likvidujú molekuly ozónu, a v nezvyčajne nízkych teplotách stratosféry, ktoré v priebehu februára a marca 2011 poklesli pod -78 °C (ako sme už uviedli aj vyššie, významnú úlohu zohral aj menší prenos ozónu z trópov smerom nad severný pól). 

Obr. 1: (vľavo) Koncentrácia ozónu v spodnej stratosfére (vo výške približne 20 km nad povrchom) na severnej pologuli v polovici marca 2011; (vpravo) koncentrácia oxidu chlórnatého (ClO) v rovnakom období (Zdroj)

Ako uvádza aj štúdia NASA, v niektorých oblastiach Arktídy obdobie s veľmi nízkymi teplota trvalo v priebehu zimy 2010/11 v priemere až o 30 dní dlhšie než je pre tieto oblasti normálne. Pri takýchto podmienkach sa za spoluúčasti slnečného žiarenia uvoľňujú zo zlúčenín CFCs molekuly chlóru a brómu, ktoré sú hlavnými katalyzátormi deštruktívnych reakcií vedúcich k mimoriadne rýchlej redukcii ozonosféry. Preto aj napriek tomu, že sa podarilo pomerne rýchlo zastaviť výrobu týchto látok zavedením Montreálskeho protokolu v roku 1987 (do roku 2008 poklesla koncentrácia CFCs o 3,8 %), obnovenie poškodenej ozónosféry na úroveň spred roku 1980 potrvá ešte niekoľko desaťročí. 

Obr. 2: (vľavo) Stav koncentrácie stratosférického ozónu 2. apríla 2011; (vpravo) teplota vzduchu v spodnej stratosfére v rovnakom období - biela izolínia označuje oblasť výskyt teploty -73 °C (200 K) (Zdroj)

Ozón – zázračná molekula

Takto nejako by sme mohli pomenovať molekulu, ktorá chráni už niekoľko stoviek miliónov rokov pozemský život pred zhubným vplyvom ultrafialového (UV) žiarenia. Väčšia časť ozónu, tejto trojatómovej molekuly kyslíka (O₃), sa vyskytuje v spodnej stratosfére vo výškach od 20 do 30 km (táto časť stratosféry sa tiež nazýva ozónosféra). Jeho absolútne množstvo je však v zemskej atmosfére natoľko minoritné, že vrstva všetkých molekúl O₃ rovnomerne rozložená po celom povrchu Zeme by pri priemernom tlaku vzduchu 1013-5 hPa nebola hrubšia ako 3 mm (300 DJ). 

Môžeme si to predstaviť aj tak, že na miliardu molekúl vzduchu pripadne v ozónosfére len niekoľko tisíc molekúl O₃ (pri zemskom povrchu je to len 20-100 molekúl O₃). Až pri týchto číslach si človek skutočne uvedomí úžasnú schopnosť ozónu absorbovať aj pri takto nízkych koncentráciách až 99 % UV žiarenia. Len na okraj možno uviesť, že každé zníženie koncentrácie O₃ o 1 % vedie k nárastu UV indexu o 2 %. Preto len nepatrný pokles množstva O₃ v stratosfére má za následok výrazný nárast výskytu rakoviny kože. Priestorové rozloženie O₃ nie je na Zemi ani zďaleka rovnomerné.

Obr. 3: Ako ohraničenie „ozónovej diery“ (ozone hole) sa zvykne používať hodnota 220 DJ (Zdroj)

Najnižšie koncentrácie dosahuje celoročne v stratosfére tropických oblastí (okolo 300-350 DJ), kde však paradoxne vzniká vplyvom intenzívneho UV žiarenia najviac ozónu. Prúdenie vzduchu v stratosfére však väčšiu časť tohto plynu transportuje do miernych a vysokých zemepisných šírok, kde jeho koncentrácie dosahujú planetárne maximum (aj vyše 500 DJ).

Ozónová diera aj nad Európou?

Od polovice 80. rokov bolo nad južným pólom každoročne na konci antarktickej zimy (august-september, Obr. 5) zaznamenané zredukovanie ozónosféry, a to niekedy aj pod 100 DJ (minimum 73 DJ dňa 30.6.1994). Aj keď sa vedcom v priebehu veľmi krátkeho obdobia podarilo odhaliť pravého vinníka tohto problému a dosiahnuť zákaz výroby CFCs halogénov, ozónová diera nad Antarktídou neustále rástla až do druhej polovice 90. rokov, kedy sa jej maximálna plocha viac-menej stabilizovala na hodnote 25 mil. km² (takmer dvojnásobná rozloha Antarktídy, maximum 29,9 mil. km² dňa 9.9.2000). Prečo sa ale ozónová diera vyskytuje len v oblasti južného pólu a nie niekde inde, keď vieme, že CFCs sú už rovnomerne rozptýlené po celej Zemi? 

Obr. 4: Polárne stratosférické oblaky (PSCs) sa vyskytujú len pri teplotách nižších ako -78 °C (Zdroj: Wikipedia)

Odpoveď je pomerne jednoduchá. Spôsobené je to špecifickými meteorologickými podmienkami, predovšetkým mimoriadne nízkymi teplotami spodnej stratosféry na konci antarktickej zimy, ktoré klesajú až k -90 °C. Pri teplotách nižších ako -78 °C vznikajú vhodné podmienky pre tvorbu tzv. stratosférických polárnych oblakov (PSCs, Obr. 4), na aerosóloch ktorých dochádza vplyvom intenzívneho UV žiarenia k rozbíjaniu molekúl CFCs, z ktorých sa uvoľňuje veľmi reaktívny chlór (Cl) alebo bróm (Br), prípadne ešte reaktívnejší oxid chlórnatý (ClO). Tieto látky dokážu na seba viazať z molekuly O₃ jeden atóm kyslíka – ako jeden z „odpadných“ produktov vzniká jedna molekula kyslíka (O₂). Efektívnosť týchto reakcií je pritom až ohromujúca. Jediná molekula chlóru dokáže zničiť niekoľko desiatok tisíc molekúl ozónu a samotné zlúčeniny CFCs môžu zotrvať v stratosfére až 100 rokov. K tejto situácii dochádza len v jarnom období príslušnej pologule, kedy po predchádzajúcej zime sú teploty dostatočne nízke a Slnko pri svojom návrate po polárnej noci začína ovplyvňovať stratosférické vrstvy. 

Stratosféra nad Arktídou nie je tak chladná ako nad južným pólom, preto sa dodnes nad touto oblasťou nikdy ozónová diera nevytvorila. Situácia v roku 2011 však bola aj v Arktíde z hľadiska teplôt výnimočná (naposledy sa podobná situácia vyskytla v roku 1997). Teploty poklesli vo februári a v marci 2011 pod -78 °C (Obr. 2 vpravo), čo sa okamžite prejavilo výrazným a veľmi rýchlym úbytkom celkového ozónu. Zatiaľ čo ozónová diera v Antarktíde „veľa“ škody nenarobí, to isté nemôžeme povedať v prípade Arktídy, ktorá priamo susedí s husto obývanými oblasťami Európy a Severnej Ameriky. 

Obr. 5: (hore) Ročný chod celkového množstva ozónu [DJ] nad Antarktídou v období rokov 1979-2010 (čierna krivka) a v roku 2010 (červená krivka); (dole) ročný chod celkovej plochy ozónovej diery nad Antarktídou v rokoch 1979-2010 a v roku 2010 (Zdroj)

Obnova potrvá desaťročia

Obnovovanie ozónosféry bude trvať desaťročia, tak nad polárnymi oblasťami ako aj v globálnom meradle. Existuje dokonca predpoklad, že k zaceleniu ozónovej diery nad Antarktídou v jarnom období nedôjde skôr ako pred rokom 2060. V období najvýraznejšieho zredukovania ozónosféry na začiatku 90. rokov poklesla globálna koncentrácia ozónu, v porovnaní so stavom pred rokom 1980, o približne 5 %, v súčasnosti sa pohybuje na úrovni 3,5 %. Pokiaľ ide o ozónovú vrstvu nad Antarktídou, dá sa povedať, že je viac-menej stabilizovaná a k zväčšovaniu ozónovej diery už nedochádza. To ale neznamená, že sa situácia zlepšuje. Koncentrácie CFCs sú stále pomerne vysoké a pri akomkoľvek poklese teploty stratosféry pod kritickú úroveň hrozí aj nad Arktídou riziko dočasného zníženia koncentrácií O₃ na hodnoty blízke 220 DJ, prípadne aj nižšie. Situácia sa ani v prípade Arktídy pravdepodobne nezlepší skôr ako do roku 2050.

Obr. 6: (hore) Dlhodobé zmeny teploty vzduchu v spodnej stratosfére na základe údajov zo satelitných meraní (RSS a UAH) a aerologických meraní pomocou meteorologických balónov (HadAT2 a RATPAC); (dole) a teploty vzduchu v strednej a vyššej troposfére; teplota je vyjadrená v odchýlkach v porovnaní s obdobím 1979-1997 (Zdroj, Karl 2006)

Obr. 7: Odchýlky priemernej teploty spodnej stratosféry (1958-2011) od dlhodobého priemeru, tentokrát za obdobie 1981-2010 - podobne ako na Obr. 6A s rozšírením údajov do roku 2011; vyznačené sú aj tri veľké sopečné erupcie v rokoch  1963 (Agung), 1982 (El Chichón) a 1991 (Pinatubo; Zdroj)

Globálne otepľovanie a stratosférický ozón

Obnova ozónosféry môže však podľa najnovších zistení trvať dokonca dlhšie ako sa pôvodne predpokladalo. V dôsledku intenzívnejšieho skleníkového efektu a vyšších koncentrácií oxidu uhličitého (CO₂) v troposfére (vrstva zemskej atmosféry ležiaca pod stratosférou) sa stratosféra čoraz viac ochladzuje (Obr. 6 a 7). Tento dlhodobý trend potvrdili predovšetkým satelitné merania. K vyriešeniu problému žiaľ neprispievajú ani látky, ktoré nebezpečné CFCs v 90. rokoch nahradili – ide o HCFCs (hydrochlórofluórokarbóny), ktoré síce nepoškodzujú ozónosféru, zato sú však mimoriadne silnými skleníkovými plynmi, v porovnaní s CO₂ sú niekoľko tisíckrát účinnejšie. Na mieste je preto predpoklad, že zimné poklesy teploty v spodnej stratosféry môžu byť nad Antarktídou a Arktídou výraznejšie než kedykoľvek predtým, s čím môže bezprostredne súvisieť aj pravidelnejší výskyt stratosférickej polárnej oblačnosti. Situácie podobné tej z marca 2011 sa zrejme v Arktíde stanú skôr pravidlom ako výnimkou.

 
Zdroje
Arctic Ozone Loss in 2011
http://earthobservatory.nasa.gov/IOTD/view.php?id=49874
NASA Leads Study of Unprecedented Arctic Ozone Loss
http://www.nasa.gov/topics/earth/features/arctic20111002.html
Masters on “Unprecedented” Arctic Ozone Hole: Inaction Risks “Future Nasty Climate Change Surprises Far More Serious”
http://thinkprogress.org/climate/2011/10/09/339868/masters-arctic-ozone-hole-future-nasty-climate-change-surprises/
Ozone Layer Above North Pole Expected to Recover by End of Century
http://www.sciencedaily.com/releases/2013/03/130311091313.htm
The human fingerprint in global warming
http://www.skepticalscience.com/human-fingerprint-in-global-warming.html
Ozone Facts: What is the Ozone Hole? 
http://ozonewatch.gsfc.nasa.gov/facts/hole.html
State of the Climate: 2011 Stratospheric Temperature
http://www.climate.gov/news-features/understanding-climate/state-climate-2011-stratospheric-temperature

Manney, G.L., et al., 2011, Unprecedented Arctic ozone loss in 2011, Nature (2011), doi:10.1038/nature10556
World Meteorological Organization (WMO), “Scientific Assessment of Ozone Depletion: 2002 Global Ozone Research and Monitoring Project – Report #47″, WMO, Nairobi, Kenya, 2002.
Zheng, Y., W. Gao, J.R. Slusser, R.H. Grant, C. Wang, 2003: Yield and yield formation of field winter wheat in response to supplemental solar ultraviolet-B radiation, Agricultural and Forest Meteorology, Volume 120, Issues 1-4, 24 December 2003.

Ľadovce a klimatická zmena

Ľadovce ustupujú na celom svete, a ľadovú hmotu stráca aj Grónsko a Antarktída

Horské a kontinentálne ľadovce (Grónsko, Antarktída) pokrývajú viac ako 10 % zemského povrchu. Ich význam pre globálnu klímu a jej stabilitu, hydrológiu oceánov a riek, a v neposlednom rade aj ľudskú spoločnosť je nesmierny (Obr. 1). V ľadovcoch sú sústredené ¾ objemu všetkej sladkej vody na Zemi a ak by sa ľadovce v Grónsku a Antarktíde roztopili úplne, hladina svetových oceánov by stúpla o celých 65 metrov (Grónsko by prispelo 7, Antarktída 57 metrami, IPCC 2007). Iné zdroje uvádzajú aj vyššie hodnoty celkového nárastu, napr. NSIDC viac ako 70 metrov alebo USGS viac ako 80 metrov. Horské ľadovce sú v mnohých regiónoch sveta dôležitým zdrojom vody pre poľnohospodárstvo, priemysel, energetiku a obyvateľstvo, sú aj významným zdrojom príjmov pre turistický ruch. A nielen to! 

Obr. 1: Ľadovce sú nielen významným zdrojom vody, ale patria aj medzi najdôležitejšie faktory ovplyvňujúce globálnu a regionálnu klímu (vľavo hore - ľadovec Perito Moreno v Argentíne; vpravo hore - ľadovec Aletsch vo Švajčiarsku, vľavo dole - ľadovec Baltoro v Karakorame; vpravo dole - ľadovec vo fjorde Kenai na Aljaške; Zdroj)

Od doby, kedy sa pred približne 35 milión rokmi stabilizoval okolo južného pólu rozsiahly antarktický „ľadovec“, nedošlo na Zemi k žiadnej rýchlej klimatickej zmene, ktorá by dokázala doviesť oceánsku či pevninskú biosféru na pokraj vymretia. Stabilizačný efekt antarktického ľadovca je každopádne vidieť aj v súčasnosti. Ak sa pozriete na krivku priemernej teploty južnej hemisféry zistíte, že za posledných minimálne 130 rokov nepodliehala tak veľkým výkyvom a nerástla tak rýchlo ako krivka na severnej pologuli. Tento efekt je spôsobený prevahou kontinentov na severnej pologuli, zatiaľ čo na juhu otepľovanie (ochladzovanie) „brzdia“ nielen oceány, ale aj samotný ľadový kontinent.  

V nasledujúcom blogu si priblížime nielen význam ľadovcov v globálnom klimatickom systéme našej planéty, ale na základe dostupných údajov poodhalíme aj dlhodobé zmeny, ktorým ľadovce v priebehu posledného storočia podliehali a v najbližšej budúcnosti pravdepodobne aj podliehať budú. Ešte predtým sa ale pozrieme na udalosť, ktorá sa začiatkom júla tohto roku odohrala v Antarktíde.    

Obr. 2: (hore) Satelitné zábery z družice TerraSar-X zachytávajúce telenie gigantickej ľadovej kryhy ľadovca Pine Island v západnej Antarktíde začiatkom júla 2013; (dole) letecký prieskum v októbri 2012 objavil na ľadovci Pine Island novú otvárajúcu sa trhlinu dlhú 30 kilometrov a hlbokú vyše 60 metrov (Zdroj)

Obr. 3: (vľavo) Poloha Pine Island ľadovca v západnej Antarktíde a vyznačenie jeho spádovej oblasti; (vpravo) zmeny priemernej hrúbky ľadu v období rokov 2003-2007 - v červených oblastiach sa hrúbka ľadu zmenšovala až o 9 metrov za rok (Zdroj)

Zdanlivo bezvýznamná trhlina v ľadovci

Nemeckí glaciológovia, využitím údajov zo satelitu TerraSar-X, potvrdili začiatkom júla 2013 „odtelenie“ gigantickej ľadovej kryhy (s rozlohou 720 km²) z terminálnej časti jedného z najväčších a najrýchlejšie sa pohybujúcich ľadovcov západnej Antarktídy, v oblasti Pine Island (Obr. 2 a 3). Trhlina, ktorá následné telenie nakoniec spôsobila, bola pritom spozorovaná ešte v októbri minulého roka pri rutinnom leteckom prieskume ľadovca Pine Island. Určite si poviete, že asi nejde o nič výnimočné. Veď k obdobným, jeho rozsahu podobným teleniam dochádza relatívne často aj v prípade iných veľkých ľadovcoch (Obr. 5), či už v samotnej Antarktíde alebo Grónsku. Glaciológovia sú však v strehu, a to najmä od roku 2002, kedy pri východným brehoch Antarktického polostrova v priebehu niekoľkých týždňov doslova skolabovala jedna časť rozsiahleho Larsenovho šelfového ľadovca (Larsen B, Obr. 4). Prečo k tomuto kolapsu došlo tak náhle nie je dodnes celkom jasné, no jednou, a to celkom podstatnou časťou odpovede môžu byť zvyšujúce sa teploty tak atmosféry, ako aj oceánu na južnej pologuli a zvlášť v blízkosti Antarktídy. 

Obr. 4: Satelitné zábery kolapsu šelfového ľadovca Larsen B vo februári a marci 2002 - do oceánu sa zosunul tabuľový ľad s priemernou hrúbkou 220 metrov a rozlohou 3 250 km², na obrázku je názorné porovnanie ľadovca s plochou amerického štátu Rhode Island (Zdroj)

Obr. 5: Telenie obrovských ľadových krýh nie je len doménou antarktických ľadovcov - na zábere zo satelitu je vidieť odlamovanie kryhy dvojnásobnej veľkosti Manhattanu od ľadovca Petermann na severe Grónska v roku 2012 (Zdroj: MODIS)

Šelfové pobrežné ľadovce (Obr. 6), podobné tým z Antarktídy, sú rozsiahle ľadovcové, aj viac ako 200 metrov hrubé tabule, ktoré síce plávajú na morskej hladine, no pri pobreží pevniny sú „ukotvené“ buď k podložiu alebo ľadovcom pritekajúcim z vnútrozemia. Dynamika topenia a odlamovania tak závisí nielen od atmosférických podmienok a rýchlosti pritekania ľadu z pevniny, ale aj od teploty morskej vody, ktorá prúdi pod ľadovou masou. Zvyšovanie teploty oceánu môže teda viesť k rýchlejšiemu topeniu šelfových ľadovcov odspodu, čím sa zmenšuje nielen ich celková hrúbka, ale klesá aj ich stabilita. Nie je potom žiadnym prekvapením, že pri extrémnych poveternostných podmienkach (silné prúdenie vzduchu, silné vlnenie, atď.) môže nakoniec dôjsť k náhlemu a veľmi rýchlemu teleniu a zosunutiu ľadových blokov do oceánu. Fenomén rýchleho telenia a absencie šelfového ľadu v pobrežných oblastiach nakoniec prispieva aj k rýchlejšiemu stekaniu ľadovcových splazov z vnútrozemia. Ak teda nabudúce budete v médiách čítať niečo o telení gigantických grónskych alebo antarktických ľadovcov do oceánu, určite si spomeňte na podmienky, aké zrejme pôsobili na ľadovec ešte predtým, než k tomu došlo. 

Obr. 6: (vľavo) Okraj tabuľového ľadu šelfového ľadovca Pine Island v západnej Antarktíde; (vpravo) schéma telenia a ukotvenia šelfových ľadovcov (Zdroj)
        

Ľadovce – formovanie a rovnováha

Ľadovce sa formujú v regiónoch, kde klimatické podmienky neumožňujú zimným akumuláciám snehu roztopiť sa ani počas najteplejších období roka. Vrstvy snehu z jednotlivých rokov sa tak postupne hromadia do súvrství. Starší sneh je vplyvom rastúcej hmotnosti nadložných vrstiev vystavený väčšiemu mechanickému zaťaženiu, čo sa prejavuje tým, že snehové zrná sú stláčané stále viac k sebe. Sneh stráca postupne vzduch a narastá jeho tvrdosť – mení sa na tzv. firn (Obr. 7). Ďalším tvrdnutím sa časom z firnu stáva ľadovcový ľad. Tento proces môže trvať od niekoľkých rokov až po desaťročia či storočia, v závislosti od veľkosti snehových zrážok. Čím viac sneží, tým je celý proces rýchlejší (vo vnútrozemí Antarktídy môže tvorba ľadu trvať aj viac ako 200 rokov). 

Obr. 7: (hore) Vrstvy nového snehu a neskôr firnu sa ukladajú jedna na druhú, čím vytvárajú veľké mechanické zaťaženie na snehové zrná v nižších častiach snehového profilu - vytesnovaním vzduchu a tvrdnutím snehu sa firn nakoniec transformuje na ľadovcový ľad - dole (Zdroj)

Ľadovcový ľad sa následne vplyvom gravitácie a vlastnej váhy začína pohybovať po svahu do nižších polôh, pričom v dolinách sa formuje do veľmi nápaditých ľadovcových jazykov (splazov), dlhých niekedy aj viac ako 50 km (najdlhším ľadovcovým splazom je Lambertov ľadovec (Obr. 8 hore) vo východnej Antarktíde, ktorý má viac ako 450 km). Ako ľadová hmota postupuje do nižších a teplejších polôh, ľadovec sa začína topiť a strácať svoju hmotu (proces známy tiež ako ablácia, Obr. 8). Ak sa ľadovec nachádza v podmienkach, v ktorých snehové zrážky objemovo prevyšujú stratu vody topením alebo výparom (sublimáciou), ľadovec rastie tak do objemu, ako aj do dĺžky (kladná bilancia). V prípade, že zrážky sú menšie ako celkové straty, či už v dôsledku vyššej teploty alebo poklesu zrážok, ľadovec ustupuje a zmenšuje svoj objem (záporná bilancia). Keďže medzi bilanciou ľadovcovej hmoty a teplotnými pomermi existuje veľmi silná závislosť (silnejšia ako v prípade zrážok), a to dokonca aj na väčšiu vzdialenosť, ľadovce tak patria medzi najcitlivejšie a najlepšie prírodné indikátory meniacich sa klimatických podmienok na Zemi. Niet sa preto čomu čudovať, že tento najzjavnejší prejav súčasného otepľovania sa stal aj v očiach laickej verejnosti akýmsi symbolom klimatickej zmeny, predovšetkým kvôli jednoduchosti jeho interpretácie. 

Obr. 8: (hore) ľadovcový ľad je jednou z najpozoruhodnejších tuhých látok na Zemi - pri svojej pevnosti a súčasne aj krehkosti dokáže byť až neuveriteľne plastický - dokáže do najmenších detailov kopírovať nerovnosti podložia, po ktorom sa pohybuje - na obrázku je časť Lambertovho ľadovca v Antarktíde; (dole) detailná schéma podmienok akumulácie a topenia ľadovca pri rovnováhe medzi prísunom a stratou hmoty ľadovca (Zdroj)

Ľadovce – regionálna citlivosť na zmeny klimatických podmienok

V závislosti od klimatických podmienok a polohy (nadmorskej výšky), v ktorej sa ľadovce formujú, celková citlivosť na dlhodobý rast či pokles teploty je od ľadovca k ľadovcu rôzna. Napríklad ľadovce, vznikajúce v miernej oceánickejšej klíme (dostatok zrážok po celý rok; napr.: západné Alpy, severozápadná Kanada, Nový Zéland, Patagónia, atď.), sa vyznačujú väčšou dynamikou vzniku, pohybu, ako aj ablácie ľadovca – ich splazy často krát zostupujú do zóny lesa s vyššou priemernou teplotou vzduchu, kde sa rýchlo topia (veľké zrážky a rýchly pohyb ľadovca však straty dokážu rýchlo nahradzovať). Tieto ľadovce vo všeobecnosti na signál otepľovania veľmi citlivé – akékoľvek zvýšenie teploty vedie k rýchlejšej redukcii hmoty ľadovca v jeho terminálnej časti a rýchlemu ústupu. Pravým opakom sú ľadovce, nachádzajúce sa v suchších alebo kontinentálnejších podmienkach, prípadne vznikajúce vo vysokých nadmorských výškach (napr.: Antarktída, severná Aljaška, niektoré časti Ánd, Sibír, severná Kanada, stredná Ázia, atď.). V tomto prípade ľad vzniká pomalšie, ľadovce sa vyznačujú menšou dynamikou a nie sú preto až tak citlivé na zmenu teplotných pomerov. Citlivejšie ale reagujú na zmenu objemu spadnutých zrážok. Veľmi dobrým príkladom sú ľadovce vo východnej Antarktíde, kde ani pri súčasnom trende otepľovania nehrozí, že by sa ľadovce začali topiť. Rast teploty ale zvyšuje obsah vodnej pary v atmosfére, čo vedie k väčším snehovým zrážkam a teda aj celkovému rastu objemu východoantarktického ľadovcového príkrovu (pozn.: nový výskum ale naznačuje, že tento predpoklad nemožno generalizovať pre všetky ľadovce tohto typu). Nakoniec, do úvahy treba brať aj veľkosť samotných ľadovcov. Rýchlejšie na otepľovanie reagujú menšie údolné ľadovce, prípadne ľadovce pohybujúce sa po strmých svahoch – odozva zväčša nepresahuje hranicu desaťročia. Pri veľkých a rozsiahlych ľadovcoch je odozva dlhá a rádovo presahuje niekoľko desaťročí až storočí (Obr. 9).  

Obr. 9: (hore) Hlavné komponenty globálnej kryosféry a časové škály ich odozvy na meniace sa klimatické podmienky (Zdroj); (dole) absolútny podiel vybraných regiónov sveta na celkovej ploche ľadovcov (v km²; Zdroj)

Globálny monitoring ľadovcov

Tak ako v prípade globálnej teploty máme k dispozícii časové rady GISTEMP, NCDC či HadCRUT, ekvivalentom údajov o dlhodobom vývoji ľadovcov je databáza Globálnej monitorovacej služby ľadovcov (World Glacier Monitoring Service – WGMS), ktorá disponuje údajmi o celkovej hmote a dlhodobých zmenách terminálnych častí (ustupuje/postupuje - rastie) vybraných ľadovcov už od roku 1946. Svetová databáza spadajúca pod WGMS (k stiahnutiu cez stránky NSIDC, WGMS a GLIMS, obr. 10) sa začala napĺňať ešte v 70. rokoch a v súčasnosti obsahuje údaje o viac ako 120 000 ľadovcoch, ktoré dovedna pokrývajú približne 240 000 km² (pozn.: nepočítajú sa ľadovce, ktoré sú súčasťou grónskeho alebo antarktického kont. zaľadnenia). Možno sa vám zdá toto číslo veľké, no zatiaľ ide len o menšiu polovicu všetkých doteraz známych ľadovcov (odhad celkovej rozlohy sa pohybuje až okolo 685 000 km², IPCC pracuje s hodnotou max. 540 000 km²). 

Obr. 10: Tri hlavné databázy globálneho ľadovcového monitoringu - WGMS a priestorová prezentácia (platnosť) ich inventarizácie (Zdroj)

Inventarizácia ľadovcov ani dnes nie je zďaleka ukončená, a to aj napriek tomu, že od konca 70. rokov ju urýchlili nové postupy diaľkového prieskumu Zeme a automatickej identifikácie ľadovcov zo satelitných záberov. V rámci obdobia 1946-2013 WGMS podrobnejšie monitoruje 228 vybraných ľadovcov, z ktorých len 30 je považovaných za tzv. referenčné, pretože okrem zmien v terminálnych častiach sa u nich sledujú aj bilančné zmeny ich hmoty počas celého roka (Obr. 11). 

Obr. 11: Priestorové rozloženie pozorovaní a meraní zmien dĺžky (hore) a bilancie hmoty (dole) sledovaných ľadovcov (Zdroj)

Dlhodobé trendy

Ako sme spomenuli už v predchádzajúcom texte, pri hodnotení dlhodobých trendov máme možnosť pracovať s dvoma základnými parametrami ľadovcov – zmenami ich terminálnych častí (ustupuje/postupuje) a bilančnými zmenami celkovej hmoty - objemu (či už za rok alebo dlhšie obdobie). Len zbežným pohľadom na vývoj oboch parametrov za posledných asi 60, resp. 130 rokov zistíme (Obr. 12 a 13), že veľká väčšina ľadovcov na Zemi hmotu ľadu stráca, čo sa prejavuje nielen ústupom, ale väčšinou aj skracovaním ich celkovej dĺžky. Zvlášť nápadný je tento trend v období od polovice 80. rokov 20. storočia, kedy dochádza k jeho zrýchľovaniu. 

Obr. 12: Kumulatívne zmeny bilancie objemu - hmoty - referenčných (oranžová) a všetkých sledovaných ľadovcov v období 1946-2005 - zmeny objemu ľadu sú vyjadrené v metroch vodného ekvivalentu (m w.e.) - zrýchlenie je zrejmé hlavne od polovice 80. rokov 20. storočia (Zdroj); aktuálnejší graf je možné nájsť tu (Zdroj)

Celková hmota ľadovcov sa vyjadruje vo výške vodného ekvivalentu (m w.e.; 0,9 m vody je približne 1,0 m hrúbky ľadu). Jej priemerná hodnota pre všetky sledované ľadovce sa odhaduje na 100 až 180 metrov. V období 1946-2005 klesla celková hmota ľadu o celých 20 m w.e, čo je obrovské číslo, dokonca aj v historickom kontexte. Ak priemernú ročnú stratu, 0,35 m w.e., porovnáme s rekonštrukciami paleoglaciologického výskumu zistíme, že táto hodnota je zďaleka najvyššou za posledných minimálne 2000 rokov (Haeberli a Holzhauser 2003). Morénové sedimenty ľadovcov z konca obdobia tzv. "Malej doby ľadovej" (pol. 19. storočia) sú akousi pripomienkou ich maximálneho rozsah počas holocénu, ktorú odvtedy žiadny ľadovec neprekonal. Pozorovania dĺžky (správania) ľadovcov, ktoré sú v niektorých regiónoch dostupné už od konca 19. storočia, poukazujú na takmer kontinuálny ústup ľadovcov vo všetkých horských oblastiach sveta počas celého 20. storočia (Obr. 13). Zvýšenú dynamiku tento proces zaznamenal v 20. a 40. rokoch a neskôr najmä v od polovice 80. rokov minulého storočia. Stabilizácia, či dokonca až dočasný postup sa prejavil počas 60. a 70. rokov, pravdepodobne ako odozva na zníženie intenzity priameho slnečného žiarenia v horskom prostredí v dôsledku väčšieho znečistenia ovzdušia pevnými aerosólmi. 

Obr. 13: Dlhodobé zmeny počtu postupujúcich (modré) a ustupujúcich (červená) ľadovcov vo vybraných regiónoch sveta v období 1880-2005 (Zdroj)

Hlavným dôvodom takto frontálneho ústupu ľadovcov na celej Zemi je jednak rýchle zvyšovanie globálnej a regionálne teploty, zmeny cirkulačných podmienok (zmena zrážkového režimu), a v niektorých regiónoch – napr. Himaláje – aj veľké znečistenie atmosféry pevnými aerosólmi. Ide predovšetkým o sadze zo spaľovania uhlia a biomasy, ktoré znižujú povrchové albedo ľadu, čo sa prejavuje intenzívnejším topením jeho povrchu. Aj napriek často krát zvýšenej akumulácii snehu v zimnom alebo monzúnovom období, prevažná časť horských ľadovcov dnes veľmi citlivo reaguje na zvyšovanie priemernej ročnej, najmä však letnej teploty. Len pre ilustráciu možno nakoniec uviesť niekoľko základných čísel, napr. z roku 2005. Z celkového počtu 446 sledovaných ľadovcov ustupovalo 398, 18 nevykazovalo žiadne zásadné zmeny, a 26 postupovalo (15 z nich na Novom Zélande). Apropo, Nový Zéland je jedinou sledovanou oblasťou, ktorá si dodnes udržala významný podiel postupujúcich ľadovcov.  

Scenáre pre 21. storočie

Pokračujúce otepľovanie atmosféry a oceánov bude mať v priebehu tohto storočia aj naďalej zásadný vplyv na ústup horských ľadovcov na celej Zemi, výnimkou nebudú ani grónske a antarktické ľadovce. O zrýchľovaní poklesu objemu ľadovcov vypovedá aj fakt, že len v priebehu posledných 50 rokov (od r. 1961) sa príspevok topenia ľadovcov k nárastu hladiny svetových oceánov – okrem Grónska a Antarktídy – zvýšil o viac ako dvojnásobok (z 0,4 mm/rok v období 1961-1990 na viac ako 1,0 mm/rok v období posledného desaťročia). Pochopiteľne, vzhľadom na neúplnú inventarizáciu ide len o približné hodnoty, pričom príspevok všetkých ľadovcov môže byť nakoniec ešte väčší. Podľa modelových predpokladov pre 21. storočie môže topenie ľadovcov prispieť k ďalšiemu rastu hladiny oceánov až o 22 cm (scenár RCP8.5), a ich celkový objem pravdepodobne poklesne v rozsahu od 29 do 41 % (Radic et al. 2013). Z hľadiska regionálnych rozdielov, najväčší podiel na raste hladiny oceánov budú mať ľadovce v severnej a severozápadnej Kanade a Rusku. V prípade alpských, škandinávskych, juhoamerických, severoamerických a ázijských ľadovcov sa počíta s redukciou objemu aj o viac ako 80 % do roku 2100 (o 50 % do roku 2050).   

Obr. 14: Ľadovcové jazerá, podobné tým z Nepálu - na obr. - sa vplyvom rýchlejšieho topenia horských ľadovcov stávajú čoraz väčšou hrozbou pre obyvateľstvo horských oblastí Himalájí, Ánd či strednej Ázie - preplnené jazerá zapríčiňujú časté a náhle povodne (Zdroj)

Dôsledky ústupu ľadovcov

Trvalé a zrýchľujúce sa topenie horských ľadovcov má, okrem dôsledkov na zmenu hladiny oceánov, aj niekoľko ďalších, prevažne negatívnych dopadov. Rýchly ústup andských či himalájskych ľadovcov vedia k vzniku glaciálnych jazier, ktoré prehradené nestabilnými morénovými valmi narastajú do obrovských rozmerov. Pri pretrhnutí morénového valu hrozí veľké riziko katastrofálnych náhlých povodní, ktoré ohrozujú milióny ľudí žijúcich na upätí pohorí alebo v dolinách. Ľadovce sú okrem toho v mnohých, najmä suchších regiónoch, jediným stabilným zdrojom pitnej a úžitkovej vody (niektoré oblasti Ánd, stredná Ázia, atď.). Pokiaľ ľadovce v týchto oblastiach zmiznú, hrozí akútny nedostatok vody tak pre ľudí, ako aj pre poľnohospodárstvo. Ohrozené tak môžu byť aj husto zaľudnené regióny severnej Indie alebo západnej a strednej Číny. 

Podobný problém budú mať pravdepodobne aj európske Alpy. Zdrojnice mnohých veľkých tokov pretekajúcich strednou alebo západnou Európou (Dunaj, Rýn, Inn, Pád, Rhôna, atď.) napájajú práve alpské ľadovce. Výrazný pokles objemu ľadu sa môže v budúcnosti prejaviť nedostatkom vody v ich tokoch, a to predovšetkým v suchších a teplejších častiach roka (leto a jeseň). Na Slovensku tým môžu byť potenciálne ohrozené najmä zásoby podzemnej vody na Žitnom ostrove. Budúci nedostatok vody z ľadovcov sa celkom určite prejaví aj v poklese hydroenergetického potenciálu alpských či škandinávskych tokov, a pred negatívnymi dôsledkami nebude ušetrený ani turistický ruch.       

O dlhodobých zmenách objemu grónskeho ľadovcového štítu je možné sa dočítať viac napríklad aj v článku: Grónsko na prahu veľkých zmien (?).

Literatúra

Chen J., Ohmura A., 1990. Estimation of Alpine glacier water resources and their change since the 1870’s. Int Assoc Hydrol Sci Publ 193:127–135.

Cogley JG. 2009a. A more complete version of the World Glacier Inventory. Ann Glaciol 50(53):32–38.

Dyurgerov MB, Meier MF., 2005. Glaciers and the changing earth system: a 2004 snapshot. INSTARR occasional paper 58, University of Colorado, Boulder.

Haeberli, W. Holzhauser, H., 2003. Alpine glacier mass changes during the past two millennia. PAGES News 11, No 1: p. 13–15.

Marzeion B, Jarosch AH, Hofer M., 2012. Past and future sea-level change from the surface mass balance of glaciers. Cryosphere 6:1295–1322. doi:10.5194/tc-6-1295-2012.

Radic V, Hock R., 2011. Regionally differentiated contribution of mountain glaciers and ice caps to future sea-level rise. Nat Geosci 4:91–94. doi:10.1038/NGEO1052.

Raper SBC, Braithwaite RJ., 2006. Low sea level rise projections from mountain glaciers and icecaps under global warming. Nature 439:311–313. doi:10.1038/nature04448.

Radic, V., Bliss A., Beedlow B., A. Hock, R., Miles, E., Cogley G, J., 2013. Regional and global projections of twenty-first century glacier mass changes in response to climate scenarios from global climate models. Clim. Dynamics,  DOI 10.1007/s00382-013-1719-7.

Zdroje
http://www.realclimate.org/index.php/archives/2009/01/a-global-glacier-index-update/  
http://www.skepticalscience.com/himalayan-glaciers-growing-intermediate.htm
http://www.dlr.de/dlr/en/desktopdefault.aspx/tabid-10081/151_read-3719/year-all/#gallery/11580
http://earthobservatory.nasa.gov/NaturalHazards/view.php?id=76308
http://www.grid.unep.ch/glaciers/
http://www.antarctica.ac.uk/about_antarctica/geography/ice/sheets.php
http://serc.carleton.edu/NAGTWorkshops/geomorph/visualizations/glacier_physics.html