Зникнення арктичних льодових хребтів сигналізує про тривожні зміни клімату

Арктичний морський лід зазнає глибоких змін: старшого, міцного льоду стає менше, а молодшого, більш гладкого льоду стає все більш поширеним, впливаючи на екосистему та динаміку льоду несподіваним чином. В Арктиці танення старого багаторічного льоду значно зменшує як частоту, так і розмір хребтів тиску. Ці хребти, що утворюються, коли крижини стикаються та накопичуються, є визначальною особливістю морського льоду Арктики. Хоча вони створюють проблеми для судноплавства, вони також життєво важливі для екосистеми регіону. У нещодавно опублікованому дослідженні Nature Climate Change дослідники з Інституту Альфреда Вегенера вивчають цю тенденцію, використовуючи дані спостережень, зібрані протягом 30 років повітряних досліджень.

Арктичні зміни

Супутникові дані, зібрані за останні 30 років, висвітлюють драматичні зміни арктичного морського льоду, спричинені зміною клімату. Літній льодовиковий покрив неухильно скорочується, крижини стають тоншими, а їх рух прискорюється. Однак донедавна було незрозуміло, як ці зміни вплинули на гребні тиску, оскільки надійний моніторинг цих особливостей з космосу став можливим лише в останні кілька років.

Природа та вплив напірних хребтів

Хребти тиску утворюються, коли бічні сили, такі як вітер або океанські течії, штовхають крижину разом, складаючи їх у гряди товщиною метрів. Частина хребта, яка піднімається над водою, відома як вітрило, зазвичай має один-два метри у висоту. Нижче ватерлінії кіль ще більш вражаючий, простягаючись на глибину до 30 метрів і створюючи перешкоди, які майже неможливі для суден.

Ці хребти відіграють вирішальну роль у середовищі Арктики. Вони впливають на баланс енергії та маси морського льоду та впливають на біогеохімічний цикл і місцеві екосистеми. Коли хребтові вітрила ловлять вітер, вони можуть гнати крижину через Арктику. Для білих ведмедів напірні хребти пропонують важливий притулок для зимівлі та народження дитинчат. Крім того, ці утворення забезпечують середовище існування та захист для пов’язаних із льодом організмів на різних трофічних рівнях. Вони також підвищують доступність поживних речовин, сприяючи турбулентному змішуванню води під льодом.

Останні відкриття досліджень

Команда дослідників з Інституту Альфреда Вегенера, Центру полярних і морських досліджень імені Гельмгольца (AWI), тепер повторно обробила та проаналізувала результати лазерних досліджень, зібрані за 30 років дослідницьких польотів над арктичними льодами. Оглядові польоти, які охоплюють загальну відстань приблизно 76 000 кілометрів, вперше показують, що частота хребтів тиску на північ від Гренландії та в протоці Фрама зменшується на 12,2%, а їхня висота на 5% за десятиліття. Дані з моря Лінкольна, району, де, як відомо, накопичується особливо старий лід, малюють подібну картину: тут частота зменшується на 14,9%, а висота – на 10,4% за десятиліття.

Дивовижні висновки щодо динаміки хребта

«Досі залишалося незрозумілим, як змінювалися хребти тиску», — говорить доктор Томас Крумпен, експерт з морського льоду в AWI та головний автор дослідження. «Все більша частина Арктики складається з льоду, який тане влітку і якому не більше року. Цей молодий, тонкий лід може легше деформуватися і швидше утворювати нові хребти тиску. Тож ви можете очікувати, що їх частота збільшиться. Той факт, що напірні хребти, з усім тим, зменшуються, пояснюється різким таненням старих льодових льод. Лід, який пережив кілька літ, характеризується особливо великою кількістю хребтів тиску, оскільки він піддавався високому тиску протягом більш тривалого періоду. Втрата цього багаторічного льоду настільки серйозна, що ми спостерігаємо загальне зниження частоти хребта тиску, хоча тонкий молодий лід легше деформувати».

Щоб зробити висновки щодо змін у масштабах Арктики, дослідники об’єднали всі дані спостережень, щоб розробити метрику. Потім за допомогою супутникових даних вони застосували це до Арктики в цілому: «Ми, як правило, спостерігаємо найбільше зниження хребтів тиску в тих місцях, де льодовиковий вік скоротився найбільше», — резюмує професор Крістіан Хаас, керівник морського відділу. «Головні зміни можна побачити в морі Бофорта, а також у Центральній Арктиці. Обидва регіони зараз частково вільні від льоду влітку, хоча колись у них переважав лід, якому було щонайменше п’ять років».

Досягнення в методології дослідження

Для дослідження під час оглядових польотів були точно виміряні та проаналізовані окремі хребти тиску та їх висота. Це стало можливим завдяки низьким польотам (менше 100 метрів над поверхнею) і високій швидкості сканування лазерних датчиків, що дозволяло створювати моделі рельєфу.

AWI почав наукові польоти над морським льодом на початку 1990-х років, стартуючи зі Шпіцбергена. Тоді інститут покладався на два Dornier DO228, Polar 2 і Polar 4; їх змінили два Basler BT-67, Polar 5 і Polar 6. Спеціально обладнані для польотів в екстремальних умовах, характерних для полярних регіонів, вони можуть бути оснащені низкою датчиків. Використовуючи ці літаки, дослідники двічі на рік досліджують лід на північ від Гренландії, Шпіцбергена та Канади. Але бортові вертольоти криголама Polarstern також є частиною програми моніторингу.

Наслідки для арктичних екосистем

Щоб оцінити прямі наслідки спостережуваних змін на екосистему Арктики, необхідно розробити моделі, які можуть відображати як фізичні, так і біологічні процеси в морському льоду різного віку. Незважаючи на те, що ми знаємо, що в гребнях тиску живе низка організмів, нам все ще бракує глибшого розуміння ролі віку гребня. Проте цей аспект особливо важливий, оскільки відсоток хребтів, які не виживають свого першого літа, зростає. Ще одна загадка: хоча розмір і частота хребтових вітрил зменшилися, швидкість дрейфу арктичних льодів загалом зросла.

Як пояснює фізик морського льоду з AWI д-р Луїза фон Альбеділл, яка брала участь у дослідженні: «Насправді лід повинен дрейфувати повільніше, коли вітрила стискаються, оскільки там менше площі для передачі імпульсу. Це вказує на те, що є інші зміни, які дають прямо протилежний ефект. Факторами можуть бути сильніші океанські течії або гладкіший лід через більш інтенсивне танення. Щоб відповісти на ці відкриті запитання та краще зрозуміти складні взаємозв’язки, ми зробили весь набір даних доступним у загальнодоступному архіві (Link zu PANGAEA), щоб інші дослідники могли використовувати його та інтегрувати у свої дослідження».

Експедиція з дослідницьким судном Polarstern запланована на наступне літо, зосереджена на дослідженні біологічних і біогеохімічних відмінностей між льодами та напірними хребтами різного віку та походження. Паралельно відбуватимуться масштабні аерофотозйомки з дослідницьким літаком. За словами Томаса Крампена: «Поєднуючи корабельні та повітряні спостереження, ми сподіваємося отримати краще розуміння складних взаємодій між морським льодом, кліматом та екосистемою, оскільки ми зможемо розробити ефективні стратегії лише для збереження та сталого використання Арктики, коли ми краще зрозуміємо екологічну систему регіону».