西方南極冰蓋到底有多接近臨界點?

西方南極冰蓋到底有多接近臨界點?松島冰川冰架裂谷。 圖片來源:NASA圖片收集/ Alamy圖片。

在東西冰蓋和半島之間,南極洲擁有足夠的冰,可以使全球海平面上升 約60m.

西南極冰蓋(WAIS)相對較小,包含的冰量相當於 3.3m 海平面上升。 但是,其中大多數都處於不穩定狀態,被認為是“理論上不穩定“。

因此,通常認為WAIS如何響應人為變暖而發生變化。 最大的不確定性來源 用於長期海平面預測。

這種不確定性最緊迫的方面是了解是否已經超過了冰的不穩定閾值,我們現在正在測量的撤退是否注定要繼續以及今天看來不變的冰是否會在將來保持這種狀態。

最新研究表明,WAIS不可逆轉損失的閾值可能介於全球平均升溫超過工業化前水平的1.5C和2C之間。 隨著氣候變暖 在1.1C附近巴黎協定 為了將升溫限制在1.5C或“低於2C”,避免此閾值的裕度確實不錯。

海洋冰蓋

據最近 關於海洋和冰凍圈的特別報告 (SROCC)由 政府間氣候變化專門委員會 (IPCC),對本世紀全球海平面將上升多少有兩個主要控制措施:未來人為造成的溫室氣體排放以及變暖如何影響南極冰蓋。 IPCC說:

“在2050年以後,由於排放情景和相關氣候變化的不確定性以及南極冰蓋在更溫暖的世界中的響應,導致氣候變化的SLR [海平面上升]的不確定性大大增加。”

對WAIS脆弱性的擔憂主要在於所謂的“海洋冰蓋失穩(MISI)–“海洋”,因為冰蓋的底部低於海平面,“不穩定”,因為一旦冰蓋開始,撤退就可以自我維持。

冰蓋可以認為是巨大的淡水水庫。 積雪在寒冷的內部積聚,慢慢地壓縮成冰川冰,然後像濃稠的流體一樣開始流向海洋。

在某些地方,冰到達海岸並漂浮在海面,形成 冰架。 擱在陸地表面(或在海洋冰原的情況下為海床)的冰之間的邊界稱為“接地線”。 接地線是冰蓋中存儲的水返回海洋的地方。 當它向海移動時,我們說冰蓋具有正的“質量平衡”-也就是說,它獲得的冰塊多於失去的冰塊。

但是當接地線後退時,平衡為負。 負冰蓋平衡意味著對海洋,進而對全球海平面的正貢獻。

不穩定性

您只需了解冰蓋質量平衡的基本圖片,即可了解冰川學家為何擔心MISI。

接地線浮動側的冰架發生變化(例如變薄)會導致接地側的冰從海底升起。 隨著冰的漂浮,接地線將後退。 由於冰在漂浮時流動的速度比在接地時流動的速度快,因此接地線附近的冰流量會增加。 由更快的流動引起的拉伸成為接地線附近變薄的新來源。

如下圖所示。 隨著新浮冰的流動和變薄更快,它可能導致更多的冰升起並漂浮,從而將接地線推回原位。

另外,處於MISI風險中的冰蓋區域具有反向或“逆行”梯度,這意味著它會向內陸更深處發展。 隨著接地線進一步向後退至冰層的較厚部分,流速加快,從而進一步增加了冰的流失。 反向梯度使該過程可以作為正反饋迴路自我維持–這就是使MISI不穩定的原因。

海洋冰蓋不穩定性或MISI的插圖。 支撐冰架的變薄導致冰蓋流加速和海洋終止的冰緣變薄。 由於冰蓋下方的基岩向冰蓋內部傾斜,因此,冰層變薄會導致接地線後退,隨後向海冰通量增加,冰緣進一步變薄,並且接地線後退。 圖片來源:IPCC SROCC(2019)圖CB8.1a 海洋冰蓋不穩定性或MISI的插圖。 支撐冰架的變薄導致冰蓋流加速和海洋終止的冰緣變薄。 由於冰蓋下方的基岩向冰蓋內部傾斜,因此,冰層變薄會導致接地線後退,隨後向海冰通量增加,冰緣進一步變薄,並且接地線後退。 信用:IPCC SROCC(2019)圖CB8.1a

目前尚不清楚MISI閾值是否已越過南極洲的任何地方。 我們確實知道接地線正在沿著阿蒙森海海岸線退縮-最引人注目的是 斯威特斯冰川。 撤退的動力似乎是相對溫暖的海水-比歷史平均溫度高2C-流向接地線並導致比平常更強的融化。

氣候危機小費2 22 1

如果不穩定尚未開始並且海洋變暖停止,則接地線應在新位置找到新的平衡點。 但是,如果它開始了,那麼不管接下來發生什麼,撤退都將繼續。

流動更快

即使已經超過閾值(甚至將來會超過閾值),撤退也可以以不同的速度進行,具體取決於開始時我們對“推動”的努力程度。

這是這樣的。 不穩定性取決於冰蓋內力的平衡。 由於重力而產生的力使冰以部分取決於其厚度和表面斜率的速度流動。

浮力較大的融化速率和流經接地線的流動較快,融化速率將比較小的融化速率更快。 更快的下降會產生更陡峭的表面坡度,因此,更快的流動和更快的後退。

A 建模研究 在去年發布的反饋中,發現MISI以較大的推動力(較大的熔化速率)開始時,比以較小的推動力開始時進行得更快,即使去除了多餘的熔化也是如此。

這意味著即使調用了MISI,減少全球排放量和減緩變暖也將有更多時間為後果做準備。

冰崖

海洋冰蓋的第二個不穩定因素似乎是第二個原因,如果冰架完全丟失,這個因素就會發揮作用。

一些最壯觀的冰川變化圖像是冰山 產犢 換句話說,是從海洋終止的冰川的陡峭起伏的前沿折斷。

產犢是由於冰架下面的融化以及“水力壓裂” –在冰架表面形成的融水滲入冰中並引起破裂–或兩者結合。

產卵的速度有多快取決於水線上方的冰崖面的高度–懸崖在水面上的高度越高,產卵率越大。

與MISI一樣,WAIS下海底的坡度下降意味著隨著冰崖撤退到更厚的冰中,它將繼續向海洋暴露出越來越高的崖壁,產犢率必須增加。

如下所示,此過程稱為“海洋冰崖不穩定性”(MICI)。 該理論表明,如果冰川面的高度超過海洋表面約100m,那麼懸崖將太高而無法支撐其自身的重量。 因此,它不可避免地會塌陷,在它後面暴露出一個類似的高高的懸崖面,也將塌陷。 等等。

IPCC的SROCC說:“ Thwaites冰川特別重要,因為它延伸到WAIS的內部,那裡的床在某些地方比海平面低2000m以上”。 (儘管,SROCC還指出,儘管MISI要求發生逆行的床坡,但MICI甚至可能發生在平坦或向海傾斜的床上。)

最近發現的這一過程沒有像MISI那樣得到充分研究,但是隨著科學家繼續觀察快速變化的系統(如Thwaites冰川),這種情況肯定會在未來幾年發生變化。

海洋冰峭壁不穩定性的例證。 如果懸崖足夠高(至少約800m的總冰厚,或水線以上約100m的冰),則懸崖表面的應力超過了冰的強度,並且懸崖在反復產犢事件中在結構上失效。 圖片來源:IPCC SROCC(2019)圖CB8.1b 海洋冰峭壁不穩定性的例證。 如果懸崖足夠高(至少約800m的總冰厚,或水線以上約100m的冰),則懸崖表面的應力超過了冰的強度,並且懸崖在反復產犢事件中在結構上失效。 信用:IPCC SROCC(2019)圖CB8.1b

A 性質 2016年關於MICI的研究得出的結論是,南極洲“到2100年海平面上升潛力超過一米,到15年海平面上升潛力超過2500米”。 最近的研究 結論認為這可能是高估了,但是指出,MICI在本世紀將扮演什麼樣的角色尚不清楚。 另一項研究 薩爾瓦多還提出,通過阻止冰川退回的冰架的緩慢流失,可以緩解通過MICI造成的快速冰流失。

門檻關閉

去年底, 大型建模師團隊 評估了冰原對巴黎氣候目標的不同研究,以使全球平均變暖保持在“遠低於” 2C的水平。

所有模型都指向同一方向。 即,格陵蘭冰原和WAIS中不可逆冰損失的閾值介於全球平均變暖1.5C到2C之間。 而且我們已經在 升溫超過1C 現在。

該評論文件解釋說,這個1.5-2C的窗口是“南極冰架生存”的關鍵,因此,它們對支撐的冰川具有“支撐”作用。

術語表:RCP2.6:RCP(代表性濃度途徑)是未來溫室氣體和其他強迫物濃度的情景。 RCP2.6(有時也稱為“ RCP3-PD”)是一種嚴格緩解的“高峰與衰落”方案。

作者補充說,另一個閾值可能在2C至2.7C之間。 達到這一全球溫度上升水平可能會觸發“激活一些較大的系統,例如Ross和Ronne-Filchner流域,並開始出現更大的SLR貢獻”。 

羅斯(Ross)和羅恩·菲爾希納(Ronne-Filchner)是南極洲最大的兩個冰架。 可以在“ 100-300年內”大幅減少這些費用, 另一項研究中 說,在全球排放超過 RCP2.6方案。 通常認為此排放途徑與將升溫限制在2C是一致的。

這些發現表明,防止南極冰塊大量流失取決於將全球排放量限制在RCP2.6或以下。 正如論文的結論所言:“跨越這些閾值意味著對巨大的冰蓋變化和SLR的承諾,這可能需要數千年的時間才能完全實現,並且在更長的時間範圍內是不可逆的。”

關於作者

新西蘭奧塔哥大學國家測量學院地球物理學家Christina Hulbe教授。

這篇文章最初出現在 Carbon Brief

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