Исследование причин и последствий таяния льдов Арктики

Доклад Г.А. Аванесова на пленарном заседании XXII международной конференции “Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса” (📹 видео, 📚 тезисы и презентация).

Авторы разработали астрономическую модель инсоляции полярных зон Земли и сопоставили ее с данными истории климата и с результатами современных исследований динамики таяния льдов Северного Ледовитого океана.

Модель учитывает влияние эксцентриситета орбиты, наклонение оси вращения планеты к плоскости эклиптики и прецессию. Нутация не учитывается.

Предполагается, что при постоянном номинальном наклонении оси вращения Земли и постоянном нулевом эксцентриситете ее орбиты на планете установились бы стационарные полярные шапки. При этом разность энергии инсоляции за время полярного дня и энергии излучения за время полярной ночи равна нулю. Положительные значения этой разности, при других значениях эксцентриситета и наклонения, соответствуют профициту энергии (за время полярного дня тает больше льда, чем намораживается за ночь), отрицательные — ее дефициту. В баланс энергии полярной зоны вносят вклад и другие процессы (отражение солнечного излучения, горизонтальный перенос тепловой энергии и др.), которые в модели не учитываются.

Данные, полученные путем исследования ледяных кернов, добытых в Антарктике и в Гренландии, показали 1️⃣, что около 10 тыс. лет тому назад произошло повышение среднегодовой температуры в районах полюсов Земли. В Антарктике она повысилась на 7 °C, а в Арктике — на целых 15 °C. Но это не привело к быстрому росту температуры на всех материках планеты, так как в районах полюсов Земли сложились условия для таяния льдов во время полярного дня.

Льды Арктики и Антарктики начали действовать, как огромные тепловые аккумуляторы 2️⃣, работающие в режиме рекуперации энергии. При этом модель инсоляции указывает 3️⃣ на наличие профицита солнечной энергии в Арктике, что ведет к постепенному сокращению запасов льда в этом регионе: за время полярной ночи намораживается меньше льда, чем тает за время полярного дня.

К середине XX века в Арктике закончились запасы льдов, накопленных во время большого ледникового периода 4️⃣. Вслед за этим началось преобразование многолетних льдов Северного Ледовитого океана в однолетние. Во время полярного дня стала расти площадь и время существования открытой воды. Энергия инсоляции начала расходоваться на таяние льдов и на прогрев воды 5️⃣ в соотношении 25 к 1. К концу XX века это соотношение стало 10 к 1. К середине XXI века оно станет близким к 1 к 1. В результате уже началось, и будет ускоряться, таяние ледников Гренландии.

В наше время, природный тепловой аккумулятор в Арктике продолжает свою работу, но его емкость значительно сократилась. Соответственно уменьшились и его возможности по сдерживанию процесса потепления. Среднегодовая температура в северной зоне полярных суток перестанет быть стабильной. Начинается таяние вечной мерзлоты, что приведет к эмиссии больших объемов парниковых газов. Возможный подъем уровня мирового океана со скоростью до 1 м за 100 лет, приведет к потере 5–7% суши.

Напротив, Антарктика таять не будет. Там в это время наступит дефицит инсоляции и площадь оледенения начнет расти.

Следует учесть, что “за последние 500 млн лет стабильными на больших отрезках времени были только жаркие и холодные периоды. Все остальное время представляет собой непрерывную цепочку переходных процессов. Фрагмент последнего из них, продолжительностью в 10 тыс. лет, выдался особенно удачным. Человек сумел воспользоваться им, чтобы шагнуть из первобытного состояния в современное индустриальное общество. Теперь человечеству предстоит вступить в борьбу с потеплением, сочетая эту нелегкую работу с поиском возможностей приспособления к изменяющимся условиям существования”.

#арктика