„Arktyczna spirala śmierci”

W miarę ocieplania się klimatu, średni zasięg lodu morskiego w Arktyce spada. Jednak ostatnie rekordowo małe minimum odnotowaliśmy w roku 2012. Od tego czasu topnienie lodu zazwyczaj pod koniec lata hamuje. Dlaczego? Być może odpowiada za to… ocieplanie się Arktyki. Praca Francis i Wu, 2020 przedstawia możliwość istnienia ciekawego sprzężenia zwrotnego. Niestety, nie można liczyć na to, że „obroni” ono lód, jeśli temperatury będą dalej rosnąć.

Relacja między postępującym globalnym ociepleniem a zanikiem lodu morskiego w Arktyce przypomina pakt samobójczy. Wzrost temperatury powoduje topnienie śniegu i lodu w Arktyce, co skutkuje odsłonięciem ciemnej powierzchni lądu i morza. Pochłaniają one więcej promieniowania słonecznego, niż znajdująca się tam uprzednio biała powierzchnia. Podnosi to temperaturę jeszcze bardziej… przez co topnieje jeszcze więcej lodu i śniegu, dalej nakręcając wzrost temperatury. W rezultacie w Arktyce temperatura rośnie prawie trzykrotnie szybciej od średniej światowej, a ilość lodu szybko maleje. To główny mechanizm tzw. Arktycznego wzmocnienia.

Pomiędzy 1979 rokiem a 2012 notowana pod koniec dnia polarnego powierzchnia lodu morskiego w Arktyce zmniejszyła się o połowę, a objętość aż o 3/4. Klimatolodzy zaczęli mówić o „Arktycznej spirali śmierci”. Wtedy jednak stała się rzecz zaskakująca: „spirala śmierci” arktycznego lodu morskiego zatrzymała się.

Każdy rok z okresu 2014-2020 jest wśród siedmiu globalnie najcieplejszych w historii pomiarów; ziemski system klimatyczny akumuluje ciepło w tempie odpowiadającym detonacjom pół miliona bomb atomowych takich jak ta zrzucona w 1945 roku na Hiroszimę, zasilając w energię rekordowo liczne huragany, prowadząc do pożarów na Syberii, w USA czy Australii. Na tej liście można by spodziewać się także dalszego topnienia lodu. A jednak…

Jak mówi Jennifer Francis z Centrum Badania Klimatu Woodwell w USA:

Od 2012 roku – roku rekordowo małej powierzchni lodu w Arktyce, zajmujący się nią naukowcy przyglądają się topnieniu lodu podczas dnia polarnego ze wstrzymanym oddechem, zastanawiając się: Czy w tym roku znów padnie rekord? Czy w tym roku Ocean Arktyczny będzie wolny od lodu? …I prawie każdego sierpnia topnienie lodu spowalnia, zapobiegając nowemu rekordowemu minimum. Ale dlaczego?

Ignorując zarówno nagrzewanie się ziemskiego system klimatycznego jak i związane z tym przewidywania naukowców, minimum z 2012 roku wciąż zajmuje pierwsze miejsce na podium:

To tylko opóźnienie, nie zatrzymanie spirali…

Analiza Francis i Wu stwierdza, że obserwowane ostatnio wzorce atmosferyczne przypominają te zidentyfikowane w badaniu przeprowadzonym przez Michaela Manna z Uniwersytetu Penn State i opublikowanego w 2018 r.

W opinii Michaela Manna praca Francis i Wu:

To fascynujący artykuł, pokazujący nowe powiązanie między na pozór oderwanymi od siebie efektami zmiany klimatu (…) Jennifer Francis od lat prowadzi bardzo innowacyjne badania, przyglądając się zależnościom między wzmocnionym ociepleniem Arktyki a zachowaniem polarnego prądu strumieniowego na półkuli północnej (…) W ich nowym artykule Francis i Wu pokazują, że konsekwencje zmiany klimatu, które badałem wcześniej, znane jako „rezonans planetarnych fal Rossby’ego” i które odpowiadają za wiele ekstremalnych letnich zdarzeń pogodowych obserwowanych w ostatnich latach, mogą też wyjaśniać spadek tempa zaniku lodu w Arktyce. To zawsze jakieś dobre wieści, biorąc pod uwagę skądinąd ponure perspektywy dla Arktyki, gdy nadal będziemy ogrzewać planetę.

Zmiany w zachowaniu prądu strumieniowego mogą jedynie spowolnić nieuniknioną spiralę śmierci arktycznego lodu morskiego, bo w obliczu stale rosnących temperatur efekt ten straci w końcu na znaczeniu.

W badaniu, którego wyniki opublikowano ostatnio w czasopiśmie Nature Climate Change (Guarino i in., 2020) wykorzystano najnowszą generację modeli klimatu do odtworzenia zachowania lodu morskiego w Arktyce podczas poprzedniego interglacjału (ciepłego okresu w cyklach epok lodowych) 120 000 lat temu. Symulacje pokazały, że w tym okresie Arktyka była prawdopodobnie wolna od lodu latem. Projekcje przygotowane z użyciem tych samych modeli pokazały też, że lód letni w Arktyce zacznie znikać prawdopodobnie między 2030 i 2050 r.

To, co dzieje się w Arktyce, nie zostaje w Arktyce

Głodne niedźwiedzie polarne stające w obliczu kurczeniu się swojego habitatu nie będą jedynymi dotkniętymi szybkim topnieniem lodu i śniegu w Arktyce. Coraz więcej badań naukowych pokazuje, że choć zmiany w zachowaniu prądu strumieniowego pomagają tymczasowo spowolnić spiralę śmierci zaniku lodu morskiego w Arktyce, to z drugiej strony przyczyniają się do ekstremalnych fal upałów, pożarów, susz i powodzi na niższych szerokościach półkuli północnej.

Letnie pochmurne systemy niskiego ciśnienia w Arktyce nie są jedynymi zdarzeniami pogodowymi wywoływanymi przez coraz silniej meandrujący prąd strumieniowy. Francis i Wu stwierdzili, że towarzyszył im rozwój systemów wysokiego ciśnienia (którym towarzyszy słoneczna, ciepła i sucha pogoda) w Kanadzie, wschodniej Azji, Skandynawii i ma Północnym Pacyfiku, prowadząc tam do częstych fal upałów.

Co powstrzymuje „spiralę śmierci”

Opublikowana przez Francis i jej współpracownika, Bingyi Wu z szanghajskiego Uniwersytetu Fudan praca pt. „Dlaczego od września 2012 roku nie wystąpiło nowe rekordowe minimum lodu w Arktyce?” (Why has no new record-minimum Arctic sea-ice extent occurred since September 2012? Francis i Wu, 2020) wskazuje, że maksymalny zasięg lodu na przełomie zimy i wiosny (pod koniec nocy polarnej) od 2012 r. prawie co roku jest bardzo mały, jednak późnym latem topnienie wyhamowuje i koniec końców do rekordu we wrześniowym minimum nie dochodzi. Według autorów jest to efekt zmian, jakie ocieplenie Arktyki wywołało w zachowaniu polarnego prądu strumieniowego (wąskiego pasa silnych wiatrów okrążających Arktykę w górnej troposferze).

Jak zauważają Francis i Wu, wynikające z ocieplenia klimatu zmniejszenie się pokrywy śnieżnej na dalekiej północy i lodu morskiego w Arktyce powodują spowalnianie, meandrowanie i rozdwajanie się prądu strumieniowego. Prąd strumieniowy jest napędzany różnicą temperatury pomiędzy zimną Arktyką a cieplejszymi tropikami. Związane ze „wzmocnieniem arktycznym” gwałtowne ocieplenie Arktyki skutkuje spadkiem tej różnicy i osłabieniem wiatrów.

Takie zachowanie prądu sprzyja powstawaniu i utrzymywaniu się w Arktyce obszaru obniżonego ciśnienia atmosferycznego, charakteryzującego się grubą pokrywą chmur, które blokują dopływ światła słonecznego do powierzchni oceanu i ograniczającą topnienie lodu. Kierunki wiatrów wiejących przy powierzchni oceanu prowadzą do rozpościerania fragmentów lodu na większym obszarze, ale utrudniają jego „ucieczkę” Cieśniną Fram (między Grenlandią a Svalbardem) w niższe szerokości geograficzne, gdzie szybko by stopniał. W ten sposób Arktyka, stymulując powstanie pochmurnych ośrodków niskiego ciśnienia oraz ich utrzymanie w letniej porze roku może spowalniać topnienie lodu. Właśnie z taką sytuacją mieliśmy wielokrotnie do czynienia po 2012 r.

Dodatkowo, opublikowana w 2017 roku w Nature Communications analiza (Cvijanovic i in., 2017), pokazała, że zanik lodu morskiego w Arktyce będzie prowadził do częstszego występowania obszarów wysokiego ciśnienia, utrzymujących się u wybrzeży Kalifornii. Takie uparcie utrzymujące się systemy wysokiego ciśnienia rozwijały się podczas zim 2012-2015 roku, odchylając w stronę bieguna wędrujące w kierunku Kalifornii deszczowe niże i wywołując w tym stanie rekordowo suche warunki. Wraz z wysokimi temperaturami doprowadziło to do największej w tym regionie suszy od przynajmniej 1000 lat (Griffin i Anchukaitis, 2014).

Z kolei w badaniu Manna z 2018 roku wskazano, że wśród niedawnych ekstremalnych zdarzeń pogodowych wywołanych przez meandrujący prąd strumieniowy są m.in. fala upałów w Europie w 2003 r., pożary w Rosji i powodzie w Pakistanie w 2010 r. oraz fala upałów i susza w Oklahomie i Teksasie w 2011 r. W 2018 roku szczególnie silnie meandrującemu prądowi strumieniowemu towarzyszyły systemy wysokiego ciśnienia powodujące fale upałów w Skandynawii, Europie i Kalifornii (przyczyniając się tam do rekordowego sezonu pożarów, w międzyczasie już zdetronizowanego) oraz deszczowe niże prowadzące do powodzi na wschodzie USA.

Zmiany w zachowaniu prądu strumieniowego mogą też (badania są w toku) skutkować wolniejszym przemieszczaniem się huraganów. Jak pokazano w pracy opublikowanej w Nature w 2018 roku (Kossin, 2018), prędkość przemieszczania się huraganów od 1950 roku zmniejszyła się o 10%. Ma to duże znaczenie, bo wolniej przemieszczające się huragany zrzucają w jednym miejscu więcej wody, powodując tym samym poważniejsze powodzie (w szybko przemieszczającym się huraganie woda spada na większym obszarze).

Jak podsumuje Jennifer Francis:

Rosnące koncentracje gazów cieplarnianych w atmosferze mają czasem trudne do przewidzenia i nieintuicyjne konsekwencje. Powinniśmy więc zrobić co tylko w naszej mocy, żeby zredukować emisje gazów cieplarnianych i zwiększyć wysiłki w celu usunięciu węgla z atmosfery. A także być gotowi na kolejne niespodzianki…

Marcin Popkiewicz na podst. Warmer climate and Arctic sea ice in a veritable suicide pact, konsultacja merytoryczna: prof. Szymon P. Malinowski