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

Grónsko na prahu veľkých zmien (?)

Mimoriadny rok 2012 v Grónsku - náznak nového normálu?

Rok 2012 bol pre Grónsko a jeho rozsiahly kontinentálny ľadovec celkom určite výnimočný. Ako uvádza jedna z najnovších analýz situácie v Grónsku v roku 2012, viaceré zdroj údajov, od diaľkového prieskumu Zeme cez výstupy regionálnych modelov až po reanalýzy údajov pre Grónsko, nasvedčujú tomu, že v priebehu minulého roka dosiahli viaceré indikátory stavu kontinentálneho ľadovca rekordné hodnoty. Extrémne nízke hodnoty dosiahlo nielen povrchové albedo ľadovca, ale novým rekordom sa môže „pochváliť“ aj ukazovateľ plošného rozsahu povrchového topenia, ako aj celková ročná strata ľadu, ktorá viedla k rekordnému odtoku vody do oceánu. Podrobnosti tejto analýzy je možné nájsť v publikácii: M. Tedesco, X. Fettweis, T Mote, J. Wahr, P.Alexander, J. Box, and B. Wouters: Evidence and analysis of 2012 Greenlandrecords from spaceborne observations, a regional climate model and reanalysis [PDF].

Obr. 1-2: Topenie povrchových vrstiev ľadovca vedie k hromadeniu vody v rozsiahlych akumulačných bazénoch, ktoré samotné topenie ďalej urýchľujú (Zdroj) 

Povrchové topenie ľadovcovej masy bolo najrozsiahlejšie, aké sme pozorovali minimálne od roku 1979. V dôsledku netypických poveternostných podmienok a abnormálne vysokých teplôt v priebehu leta 2012 došlo po veľmi dlhej dobe k situácii, kedy roztápanie povrchového ľadu postihlo aj najvyššie položené oblasti ostrova, nachádzajúce sa v nadmorských výškach cez 3000 metrov. V období vrcholiaceho leta satelity dokonca zaznamenali udalosť, ktorá sa v najbližších desaťročiach veľmi pravdepodobne stane novým „normálom“ – v priebehu obdobia od 8. do 12. júla 2012 zasiahlo povrchové topenie ľadu približne 97 % rozlohy grónskeho ľadovca. Voda na povrchu síce v ďalších dňoch opäť zmrzla, no už samotný fakt, že k tejto situácii v tak obrovskom rozsahu vôbec došlo, znepokojil aj vedcov, zaoberajúcich sa dlhodobo výskumom dynamiky ľadovcového štítu. Rok 2012 nám totiž ukázal, že globálne otepľovanie v kombinácii s príhodnými poveternostným podmienkami môže viesť v Grónsku k stavu, kedy na abnormálne teplé počasie reagujú dokonca aj tie časti ľadovca, o ktorých sme si doposiaľ mysleli, že sú pred vplyvom klimatickej zmeny zatiaľ uchránené a vykazujú vysokú mieru stability.  

Obr. 3: Celkový počet dní s povrchovým topením ľadovca v roku 2012 (vľavo) a priemer za obdobie 1979-2007 (vpravo; Zdroj: National Snow and Ice Data Center)

Mimoriadny rok 2012

Minuloročné bezprecedentne rozsiahle topenie grónskeho ľadovca mali na svedomí netypické poveternostné podmienky, ktoré sa nad väčšou časťou ostrova stabilizovali v priebehu takmer celého letného obdobia. Blokujúca (perzistentná) tlaková výš (Obr. 4) so stredom nad centrálnou časťou južného Grónska, viedla k tomu, že už od mája prúdil nad západnú časť ostrova veľmi teplý vzduch od juhozápadu, ktorý v kombinácii s bezoblačným, suchým a málo veterným počasím tlačil teploty vzduchu vysoko nad normál, a to dokonca aj v najvyššie položených oblastiach ľadovca. V období od júna do augusta tak dosahovali teplotné odchýlky aj viac ako 2 °C nad približne 60 % povrchu Grónska, prevažne na západe a juhu. Pritom je zrejmé, že práve poveternostné podmienky podobné tým z roku 2012 z dlhodobého hľadiska asi najviac prispievajú k výraznému otepľovaniu klímy na ostrove v priebehu posledných 20 rokov. Od roku 1991 sa priemerné letné teploty zvýšili o 2 až 4 °C, pričom v zime je tento trend ešte výraznejší (až do 10 °C). Pozorované trendy sú najnápadnejšie najmä v západnej časti Grónska (Hanna et al. 2012). 

Obr. 4: Priemerné sezónne odchýlky tlaku vzduchu prepočítané na úroveň morskej hladiny v období od júna do augusta 2012 [v mb, tiež hPa] poukazujú na oblasť perzistentnej tlakovej výše nad Grónskom, podľa údajov NCEP/NCAR (Zdroj)

 

Obr. 5: Odchýlka priemernej teploty vzduchu za obdobie jún-august 2012 od priemeru 1981-2010 (vľavo; Zdroj: National Snow and Ice Data Center, from NOAA/ESRL Physical Sciences Division); denný rozsah povrchového topenia ľadovce v % rozlohy Grónska v roku 2012 (červená; Zdroj: National Snow and Ice Data Center/Thomas Mote, University of Georgia

V dôsledku dlhodobo stabilného a teplého počasia sa úhrnný počet dní s povrchovým topením na mnohých miestach vyšplhal vysoko nad 100 dní (na juhozápade aj viac ako 120; Obr. 3) – v priemere bolo toto obdobie približne o dva mesiace dlhšie ako za normálnych podmienok (priemer 1979-2010). Ako sme uviedli už vyššie, pozoruhodný bol nevídaný plošný rozsah topenia. Na niekoľko dní dokonca zasiahlo aj najvyššie oblasti ľadovcovej klenby, kde podobné udalosti sú mimoriadne zriedkavé dokonca aj z hľadiska historického obdobia (v ľadových vrtných jadrách bolo za posledných 1000 rokov takýchto situácií identifikovaných len niekoľko). V priebehu vrcholiaceho leta, začiatkom júla a neskôr opäť začiatkom augusta 2012, topenie postihlo viac ako 70 % povrchu ľadovca, pričom vrchol dosiahlo dňa 10. a 11. júla, kedy zasiahlo takmer celý povrch (Obr. 5).  V tomto období bol v okrajových častiach ľadovca pozorovaný veľmi intenzívny povrchový odtok roztopenej vody, a najmä v osídlených oblastiach na západe spôsobil nemalé problémy (zničené mosty, erózia pôdy, atď.). 

Obr. 6: Zmeny výšky povrchu ľadovca v cm (modrá - nárast; červená - pokles) v období 1992-2005 (vľavo; Zdroj: European Space Agency); rozdiel počtu dní s povrchovým topením ľadovca medzi rokom 2007 a obdobím 1988-2006 (vpravo; Zdroj: NASA/Earth Observatory)

Potenciál zmien v Grónsku je ohromný

Grónsky kontinentálny ľadovec pokrýva približne 85% rozlohy ostrova a jeho priemerná nadmorská výška je 2,3 km. Vo svojej najvyššej časti sa povrch ľadovca nachádza vo výške 3200 m n.m., pričom hrúbka ľadu tu dosahuje mocnosť aj viac ako 3 kilometre. Samotná hmotnosť ľadovca je pritom natoľko obrovská, že centrálna časť ostrova je v dôsledku jeho tiaže stlačená o celých 300 metrov pod úroveň hladiny oceánu. Rozsah, ale predovšetkým stabilita zaľadnenie v Grónsku, ako aj vo zvyšku Arktídy, je významným klimatickým indikátorom stavu globálnej klímy. Jeho dlhodobé  zmeny jedným alebo druhým smerom (ústup alebo nárast) poukazujú na zásadnejšie zmeny globálneho klimatického systému a môžu byť predzvesťou ďalekosiahlych dopadov na poveternostné, klimatické alebo ekologické podmienky celej planéty. 

Najväčšie obavy sú pochopiteľne spojené s dôsledkami topenia kontinentálneho ľadovca na hladinu svetových oceánov. A niet divu. Grónsky ľadovec je po antarktickom druhý najväčší na Zemi, obsahuje takmer 3 milióny km³ ľadu (asi jedna desatina toho, čo je v Antarktíde), teda dosť na to, aby sa po jeho roztopení zdvihla hladina oceánov o celých 7 metrov. Tento scenár samozrejme v najbližších desaťročiach nehrozí, no príspevok Grónska k rastu hladiny oceánov sa bude aj naďalej zvyšovať. V roku 2007 sa grónsky ľadovec podieľal na raste morskej hladiny asi z 10-15 %, no už v roku 2012 bol tento podiel dvojnásobný (20-25 %; 0,7 mm ročne z celkových 3,1 mm). Pre koniec tohto storočia sa predpokladá príspevok Grónska v pomerne širokom intervale hodnôt, a to od 9,3 cm (Moon et al. 2012) až do 46,7 cm (Pfeffer at al., 2008), pričom horný odhad počíta s nárastom hladiny oceánov do roku 2100 v rozsahu od 0,8 až do 2,0 metra. Na margo treba ešte pripomenúť, že maximálne odhady tiež predpokladajú výrazný rast dynamiky pohybu ľadovcov (10-násobný nárast rýchlosti odtokových ľadovcov v porovnaní so súčasnosťou).   

Obr. 7: Denné odchýlky povrchového albeda podľa údajov z MODIS pre (a) 19. júl 2012, (b) 3. august 2012, a (c) 23. august 2012 v porovnaní s priemerom za obdobie 2000-2011; (d) sezónna odchýlka pre obdobie júna až augusta 2012 v porovnaní s obdobím 1958-2011; (d) vývoj denných hodnôt albeda v období od mája do septembra 2012 (Zdroj)

Grónsko a cirkulácia atmosféry

Vplyv topenia grónskeho ľadovca sa však neobmedzuje len na stabilitu a zmeny hladiny oceánov. Prítok zvýšeného množstva sladkej vody do severného a severozápadného Atlantiku môže v dlhšom časovom horizonte viest k destabilizácii globálnej cirkulácie morskej vody, ktorá zabezpečuje plynulý transport a výmenu tepla a energie medzi rovníkom a polárnymi oblasťami (známa tiež pod označením Meridional Overturning Circulation – MOC). Tento globálny tepelný výmenník, presúvajúci teplo v množstvách niekoľkonásobne väčších ako samotná atmosféra, zabraňuje prehriatiu planéty v oblasti rovníka, ale aj tomu, aby  póly doslova nezmrzli v extrémnom mraze. MOC funguje vďaka „jemným“ rozdielom salinity a hustoty medzi oceánskou vodou pritekajúcou z Grónska a vodou dopravovanou Golfským prúdom z tropických oblastí. Ak sa bude aj naďalej zvyšovať prítok menej hustej (menej slanej) a teplejšej vody z Grónska, môže to celý systém MOC destabilizovať. Prípadne zoslabenie MOC by ovplyvnilo počasie a klímu na celej Zemi bez výnimky, a to veľmi zásadne. Zmeny, ktoré sa momentálne odohrávajú v Grónsku a v celej Arktíde majú tak potenciál ovplyvňovať nielen regionálnu, prípadne hemisférickú klímu na severnej pologuli, ale podmieňovať trendy meteorologických prvkov aj vo vzdialenejších oblastiach planéty. 

V hre však ani zďaleka nie je len možný kolaps oceánskej cirkulácie. Tým, že v Grónsku a v Arktíde stúpa teplota približne dvojnásobne rýchlejšie ako v miernych a tropických šírkach, teplotný rozdiel medzi rovníkom a severným pólom klesá aj v samotnej atmosfére, čo sa môže prejaviť (a už sa pravdepodobne aj prejavuje) poklesom intenzity atmosférické cirkulácie. Väčší teplotný kontrast medzi dvomi miestami generuje aj väčší tlakový rozdiel v prízemnej vrstve atmosféry, čo je kompenzované rýchlejšou a intenzívnejšou cirkuláciou (prúdením) vzduchu. Prúdenie vzduchu vzniknuté tlakové rozdiely vyrovnáva, a nielen tie. Ako sme už uviedli vyššie, cirkulácia vzduchu napomáha k efektívnejšiemu miešaniu vzduchových hmôt s odlišnými fyzikálnym vlastnosťami a vedie tak k zmierňovaniu teplotných a iných extrémov v počasí. Atmosférická cirkulácia teda, podobne ako tá oceánska, prispieva v nemalej miere k vyrovnávaniu klimatických extrémov na planetárnej úrovni.   

O koľko ľadu Grónsko v skutočnosti prichádza?

Ešte donedávna si vedci neboli celkom istí tým, či grónsky ľadovec v priemere ľadovcovú hmotu stráca alebo naopak získava. Aj napriek určitým neistotám, spojeným s družicovým odhadom celkovej bilancie ľadu, dnes už prevláda všeobecný konsenzus v tom, že Grónsko o svoj ľad prichádza, a to v stále rýchlejšom tempe. Posledná správa IPCC z roku 2007 napríklad uvádza, že priemerná ročná strata ľadu sa v období rokov 1961-2003 pohybovala niekde okolo hodnoty 60 Gt (miliárd ton), pričom v poslednom desaťročí tohto obdobia (1993-2003) vzrástla až na hodnotu 100 Gt. Gravimetrické merania hmotnosti grónskeho ľadovca v rokoch 2003-2005 dospeli k veľmi podobnému úbytku ľadovca (prírastok vďaka zrážkam: 55 Gt/rok, úbytok v dôsledku topenia a výparu: 156 Gt/rok; bilancia: -56Gt/rok). Ak sa pozrieme na novšie spracované obdobie (2002-2008), priemerný ročný úbytok ľadu sa v Grónsku mierne zvýšil na 104 Gt za rok. Len pre porovnanie, v Antarktíde je priemerný ročný úbytok ľadu topením a „telením“ ľadovcov o niečo nižší, približne 87 Gt/rok. Podľa najnovších údajov sa v priebehu minulého roku roztopilo a odtieklo do oceánu takmer 575 Gt ľadu (v rámci hydrologického roku 2011-2012). Bol tak prekonaný rekord z roku 2010, kedy sa roztopilo približne 422 Gt ľadu (Zdroj).

Obr. 8: Schematické znázornenie odvodňovacieho systému vodných kanálov v grónskom ľadovci (vľavo, Zdroj: http://www.aber.ac.uk/greenland/Russell.shtml); ľadovec Kangerdlugssuaq (vpravo; Zdroj: http://news.cnet.com/2300-11395_3-6041160.html)

Fenomén dynamického stenčovania ľadovca

Menšie neistoty ako v prípade odhadu celkovej bilancie ľadu panujú už v tom, ako je na tom pobrežie v porovnaní s vnútrozemím Grónska. Vďaka nárastu tuhých zrážok v zimnom období je v centrálnom a južnom Grónsku pozorovaný trend prírastku hmoty ľadovca. Potvrdzujú to aj družicové altimetrické merania výšky povrchu ľadu, ktorý sa od roku 1992 zvyšuje v priemere o 5 cm za rok (Obr. 6). Ako však vidieť, ani nárast tuhých zrážok nedokáže vykompenzovať celkovú stratu, ku ktorej dochádza predovšetkým v okrajových pobrežných častiach ostrova v dôsledku rýchlejšieho pohybu odtokových ľadovcov. Dobrým príkladom je jeden z najrýchlejšie sa pohybujúcich ľadovcov na svete, ľadovec Kangerdlugssuaq, ktorým preteká zhruba 4 % celkovej ľadovcovej hmoty Grónska. V roku 2001 postupoval do mora rýchlosťou 5 km/rok, no v roku 2005 to už bolo 14 km/rok, pričom v tom istom období ustúpilo jeho čelo o celých 10 km. (Poznámka: rýchly ústup ablačných terminálnych častí ľadovcov, pozorovaný takmer v celom Grónsku, je spôsobený nárastom teploty morskej vody o 1-2 °C v období 1990-2011, ktorá v zvýšenej miere eroduje a narušuje hmotu teliacich sa ľadovcových zplazov zospodu). 

Okrem zvýšenej dynamiky odtekajúcich ľadovcov je ďalším významným mechanizmom podporujúcim stratu ľadu tzv. dynamické stenčovane (dynamic thinning), ktoré v istom zmysle pôsobí ako pozitívna spätná väzba – nie je teda priamym dôsledkom otepľovania. Princíp tohto procesu je vcelku jednoduchý. Teplejší vzduch a intenzívne slnečné žiarenie roztápa na povrchu najvrchnejšie vrstvy ľadu. Voda, tým že nemá kde bezprostredne odtekať, sa hromadí na jeho povrchu vo forme rozsiahlych jazier alebo prúdi v dlhých vodných kanáloch smerom k pobrežiu. V prípade, že takýto kanál narazí na ľadovcovú trhlinu, voda okamžite preniká do hlbších útrob ľadovca. Okrem toho, že voda pôsobí na ľad erozívne kvôli svojmu veľkému mechanickému tlaku, transportuje do hlbších časti ľadovca aj teplo. Takýmto spôsobom sa ľadovec doslova mení zo solídnej hmoty na niečo čo sa podobá skôr ementálu. Nielenže sa znižuje jeho stabilita, ale vďaka vode, ktorá účinkuje ako lubrikačný gél, sa zvyšuje aj jeho rýchlosť v smere gravitácie, teda k pobrežiu. V roku 2003 sa napríklad kombináciou dynamického stenčovania a rýchlejšieho topenia kvôli extrémne vysokým teplotám zvýšila strata hmoty ľadovce o celých 35 % v porovnaní s obdobím 1993-1999 (Zdroj: NASA).

Príklad z Eému hovorí za všetko!

Výsledky historických údajov síce naznačujú, že grónsky ľadovcový štít podobnú mieru topenia zažil aj relatívne nedávno, v priebehu 30. rokov 20. storočia (napr. Chylek et al., 2007) – platí to predovšetkým pre tie ľadovce, ktorých terminálne časti neústili do mora – no v súčasnosti sa nachádzame v trochu odlišných podmienkach a je lepšie, ak sa po vhodnom analógu pre súčasnosť poobhliadneme do trochu vzdialenejšej minulosti. Príkladom takéhoto analógu môže byť napríklad aj predposledná doba medziľadová – eémsky interglaciál, ktorý začal pred približne 130 tisíc rokmi. V jeho najteplejších obdobiach (približne 120 tisíc rokov dozadu) veľmi pravdepodobne zmizla z povrchu Grónska celá jedna polovica hmoty kontinentálneho ľadovca, čo viedlo k nárastu hladiny oceánov o 2,2-3,4 metra (z celkových 4-8 metrov). Teplotné podmienky počas Eému boli podobné tomu, čo predpokladáme v Grónsku pri strednom odhade nárastu ročnej priemernej teploty na konci 21. storočia (nárast o minimálne 3 °C v porovnaní so súčasnosťou). Aj napriek neistotám, ktoré v odhadoch teploty, ale aj dynamiky ľadovcového štítu Grónska stále existujú, je dnes viac ako zjavné, že zmeny, ktoré momentálne pozorujeme v celom Grónsku neostanú bez následkov – tak z pohľadu hladiny oceánov ako aj cirkulácie atmosféry, či extrémnosti počasia. Obzvlášť by to malo zaujímať práve Európanov, pretože práve v Grónsku a jeho periférii sa odohrávajú najdôležitejšie procesy, ktoré ovplyvňujú počasia u nás!

Literatúra

Hanna, E., Mernild, S.H., Cappelen, J., K. Steffen. 2012. Recent warming in Greenland in a long-term instrumental (1881–2012) climatic context: I. Evaluation of surface air temperature records. Environmental Research Letters 7, no. 4, doi:10.1088/1748-9326/7/4/045404.

Chylek, P., M., McCabe, M.K., Dubey, M. K., Dozier, J. 2007, "Remote sensing of Greenland ice sheet using multispectral near-infrared and visible radiances", J. Geophysical Res. 112, D24S20, doi:10.1029/2007JD008742, 2007.

Moon et al., 2012, 21st-Century Evolution of Greenland Outlet Glacier Velocities, Science, 4 May 2012: Vol. 336 no. 6081 pp. 576-578 DOI: 10.1126/science.1219985

Pfeffer, W.T., J.T. Harper, J. T., O'Neel, S. 2008, "Kinematic Constraints on Glacier Contributions to 21st-Century Sea-Level Rise", Science 321 no. 5894, pp. 1340-1343, 5 September 2008. DOI: 10.1126/science.1159099.

Tedesco, M., Fettweis, X., Mote, T., Wahr, J., Alexander, P., Box, J., Wouters. B. 2012. Evidence and analysis of 2012 Greenland records from spaceborne observations, a regional climate model and reanalysis data. The Cryosphere Discuss., 6, 4939–4976, doi:10.5194/tcd-6-4939-2012.

Wu, X., et al., 2010. Simultaneous estimation of global present-day water treansport and glacial isostatic adjustment. Nature Geoscience, published on-line August 15, 2010, doi: 10.1038/NGE0938.

Intergovernmental Panel on Climate Change, Fourth Assessment Report, Climate Change 2007: Synthesis Report Summary for Policymakers, 8.

Zdroje

An intense Greenland melt season: 2012 in review:http://nsidc.org/greenland-today/

Greenland: http://www.wunderground.com/climate/greenland.asp?MR=1

http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2160

http://www.wunderground.com/blog/JeffMasters/comment.html?entrynum=2156

Recent Greenland Ice Mass Loss by Drainage System from Satellite Gravity Observations: http://www.sciencemag.org/content/314/5803/1286.abstract
http://dosbat.blogspot.co.at/2012/09/summer-daze-2012.html 
http://www.the-cryosphere-discuss.net/6/4939/2012/tcd-6-4939-2012.pdf
http://www.the-cryosphere.net/7/615/2013/tc-7-615-2013.html