Роберт Биндшадлер, Центр космических полетов Годдарда, NASA
Чарлз Бентли, Висконсинский университет г. Мэдисон
Более 30 лет назад ученые стали предупреждать человечество, что ледниковый покров Западной Антарктиды подвергается быстрому разрушению и что через 500 лет уровень моря может подняться на 5 м.
Сегодня многие исследователи считают, что размеры ледникового щита сокращаются гораздо медленнее, чем предполагалось, и что в следующем столетии уровень моря поднимется не более чем на 0,5 м.
Некоторые факты, однако, вселяют тревогу. Плохо изученный сектор ледникового щита, примыкающий к морю Амундсена, сокращается быстрее, чем предполагалось ранее.
Глобальное потепление, роль которого в судьбе Западной Антарктиды была до сих пор ничтожно мала, в будущем окажет на этот регион гораздо более сильное влияние.
Как скоро повышение уровня Мирового океана вынудит население прибрежных районов перебираться вглубь континентов? Во многом это зависит от того, насколько быстро будет разрушаться огромный ледниковый щит Западной Антарктиды.
Двенадцать тысяч лет назад, когда на Земле завершался последний ледниковый период, в Северную Атлантику вторглась армада айсбергов размерами с “Титаник”. Отрываясь от необъятных ледниковых щитов, покрывавших в то время половину территории Северной Америки и Европы, они добавляли в океан такую массу воды, что уровень моря ежегодно поднимался более чем на метр.
По мере того как оттаивал промороженный Север, лед, сковывавший самый южный материк планеты, оставался почти нетронутым. Сегодня он составляет около 90% всей массы “твердой” воды на Земле. Однако данные последних исследований вызывают беспокойство: лед, покрывающий Западную Антарктиду может повторить драматическую судьбу своего северного собрата. А полное разрушение ледникового покрова, удерживающего в своих объятиях более 3 млн. куб. км пресной воды, приведет к повышению уровня моря на 5 метров. В результате множество прибрежных низин окажется под водой, и 2 млрд. их обитателей будут вынуждены переселиться вглубь материков.
Большинство исследователей Антарктиды считает, что в прошлом ледниковый покров этого континента уже несколько сократился; ведь уровень моря поднимался и после того, как исчезли ледники на Севере. Лед, покрывающий восточную часть континента, гораздо более стабилен, чем в Западной Антарктиде, там его неустойчивость обусловлена особенностями коренного ложа. Совсем недавно мнения ученых о том, произойдет ли катастрофическое разрушение западного ледникового покрова, расходились. Многие выражали опасение, что потоки льда, устремившиеся из внутренних частей континента к морю Росса, нарушат целостность ледникового покрова, что через несколько столетий может привести к его полному разрушению. Другие эксперты, напротив, указывали на хорошую сохранность ледника и говорили о его устойчивости.
Казалось, что спорам не будет конца. Достичь согласия мешали и скудость данных, и сложности, связанные с исследованием континента, полгода пребывающего во власти ледяной полярной ночи. Хотя в прошлом ледниковый покров местами и подвергался быстрому разрушению, трудно сказать, что отражают современные изменения его размеров и скорости движения – нормальную изменчивость или же начало опасной тенденции? В последние годы специалисты высказывают более единодушное мнение об угрозе, которую представляют направляющиеся к морю Росса ледяные потоки (выводные ледники), в прошлом сильно преувеличенную.
Недавно ученые обнаружили истончение льда в одном из плохо изученных секторов Западной Антарктиды. Возможно, оно обусловлено не выводными ледниками, а каким-то иным деструктивным процессом. На полуострове, образующем самую северную оконечность Антарктиды, отмечено повышение летних температур, в чем скорее всего и кроется причина разрушения льда вдоль побережья.
С окончания последней ледниковой эпохи температура на планете постепенно повышается, но с середины 1990-х гг., когда в атмосфере резко увеличилось содержание парниковых газов, процесс заметно ускорился. Пока Антарктический полуостров – единственная часть континента, где проявляется эта тенденция. Во всех других регионах средние температуры за последние 50 лет незначительно увеличились или немного уменьшились. Сегодня ученые выясняют, сможет ли глобальное потепление затронуть и самую южную часть земного шара.
ПЕРВЫЕ ПРЕДУПРЕЖДЕНИЯ
Свидетельства того, что ледниковый покров Западной Антарктиды находится на пути к исчезновению, появились примерно 30 лет назад. В 1974 г. Ханс Виртман (Hans Weertman) из Северо-Западного университета опубликовал теоретический анализ факторов, определяющих устойчивость ледникового покрова Западной Антарктиды. К тому времени уже было известно, что большая часть континента, лежащая под толстым слоем льда, расположена гораздо ниже уровня моря и когда-то была дном океана. Если бы весь лед растаял, Западная Антарктида предстала в виде огромного горного массива: ее равнины располагались бы под водой на глубине 2 км, а горные вершины возвышались на 2 км над поверхностью моря. Поскольку границы континента лежат глубоко под водой, расположенный по краям лед контактирует с окружающей морской водой и в виде плавучих ледяных плит (шельфовых ледников) вклинивается в поверхность океана.
Тревожно прозвучал один из выводов Виртмана: любой ледниковый покров, заполняющий какой-либо морской бассейн, во время глобального подъема уровня моря неизбежно становится неустойчивым.
А именно это и происходит на протяжении последних 20 тыс. лет. Нестабильность возникает из-за того, что края морского ледникового покрова легко могут сжиматься или подниматься с коренного ложа, вытесняемые водой. (Напротив, ледник в Восточной Антарктиде покоится непосредственно на континенте, большая часть которого расположена выше уровня, доступного для разрушительного воздействия моря.) Виртман пришел к выводу, что ледниковый покров Западной Антарктиды находится на пути к полному разрушению. И спасти его может только новый ледниковый период.
Если рассуждения верны, то современный ледниковый покров – немного “сморщившийся” вариант прежнего ледника. Вывод подтверждают необычные скопления камней и щебня (которые могут образовывать только движущиеся льды) на горных склонах, расположенных выше поверхности современного ледника и указывающих на то, что лед когда-то был толще. Глубокие выемки в морском дне на некотором расстоянии от берега наводят на мысль, что часть ледника, покоящаяся на морском дне (донный край), когда-то вклинивалась в океан гораздо дальше. Из этого следует, что первоначальный объем ледникового покрова был в три раза больше современного и что уменьшается он настолько медленно, что полное исчезновение ледникового щита произойдет только через 4-7 тыс. лет.
Выводные ледники (природные “конвейерные ленты” льда длиной в сотни и шириной в десятки километров) натолкнули на мысль о том, что Западная Антарктида может начать разрушаться гораздо раньше. Своим существованием потоки обязаны тектоническим силам, которые “разрывают” Западную Антарктиду на части, истончают земную кору и способствуют высвобождению из земных недр избыточного тепла. Не исключено, что это вызывает таяние основания ледникового покрова, что приводит к образованию слоя смазки, позволяющего льду быстро перемещаться даже по самым покатым склонам. В 1970 г. с помощью радарных аэросъемок удалось обнаружить, что две сети выводных ледников выносят лед из внутренних частей континента к двум крупнейшим шельфовым ледникам Западной Антарктиды – Росса и Ронне. Достигнув их южной оконечности, лед раскалывается на огромные айсберги. Выяснив динамику ледяных потоков, ученые сделали первые предупреждения относительно их способности вымывать весь ледниковый покров в течение нескольких столетий.
ПОТОКИ НЕОПРЕДЕЛЕННОСТИ
В 1983 г. ученые из NASA, Университета штата Огайо и Висконсинского университета в Мэдисоне организовали несколько летних полярных станций на самих движущихся льдах и на “берегах” ледяных потоков. Одна группа исследовала внутренние части потоков с помощью радаров и сейсмических взрывов, другая измеряла скорость их движения и деформации на поверхности. Вскоре ученые обнаружили, что огромные ледяные реки мчатся с головокружительной для ледников скоростью -несколько сотен метров в год.
Чтобы объяснить этот феномен, в толще льда расплавили узкие скважины глубиной в километр, через которые извлекли образцы древнего морского дна. Смесь из раковин, морских организмов, гальки, глины и размытых горных пород, скапливавшаяся на дне в течение тысячелетий, образовала слой смазки, по которому ледяным потокам легко скользить. Это не исключало возможности стремительного смыва льда потоками Росса. Исследователи выводных ледников Ронне на другой стороне Западной Антарктиды получили более утешительные результаты. А ученые, обосновавшиеся близ шельфового ледника Росса, имели все основания полагать, что коль скоро выводные ледники Росса вынесли из этого региона 1 млн. куб. км льда, такая же судьба ожидает и остальную часть ледникового покрова (включая область, смываемую потоками Ронне, и часть ледникового щита Восточной Антарктиды).
В 1990-х гг. было отмечено и еще одно свойство выводных ледников Росса, вызывающее тревогу: они отличаются не только стремительностью, но и переменчивостью. Радарное изучение структур, скрытых под поверхностью шельфового ледника Росса, показало – выводные ледники занимали свое нынешнее место не всегда. Кроме того, снимки со спутников выявили глубокие трещины и неопровержимые свидетельства того, что в прошлом скорость их движения резко менялась. Так, один из потоков полтора столетия назад вообще внезапно остановился, а выводной поток Уилланс за несколько последних веков замедлил скорость движения.
ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ
Мощный шит антарктического льда (внизу) начал сокращаться примерно 20 тыс. лет назад, с середины последнего ледникового периода (внизу слева) Сильнее всего он уменьшился в Западной Антарктиде, где ледниковый покров значительно тоньше, чем на востоке континента В последнее время западная часть шита изменяется очень быстро, но пока не ясно, связано ли это с природной переменчивостью региона или же с началом опасного процесса, ведущего к полному распаду ледника В результате катастрофического разрушения льда уровень моря может стремительно подняться и прибрежные области на всей планете окажутся под водой.
Изменение толщины льда за время, истекшее с последней ледниковой эпохи. соответствует разрушению примерно 5,3 млн. куб км льда (красный цвет), по большей части в Западной Антарктиде. Расположенный у морского дна край ледникового покрова особенно быстро разрушался в море Росса (вверху справа) За последние 7 тыс лет он отступил на 700 км в глубь континента
В результате полного разрушения ледникового покрова Западной Антарктиды уровень моря поднимется на 5 м. Зоной бедствия станет и Южная Флорида, под водой окажется примерно треть территории этого райского уголка Земли
Наибольшую тревогу вызывало то, что неподвижные потоки могут возобновлять движение без каких-либо видимых причин. Однако выяснилось, что в ближайшем будущем это исключено.
Десять лет назад появились сообщения о том, что ледниковый покров истончен не столь сильно, как полагали ранее. В 2000 г. Эрик Стейг (Eric J. Steig) из Вашингтонского университета сделал анализ внутренней части льда из центральной части Западной Антарктиды. Проведенные ранее измерения свидетельствовали, что толщина льда в последний ледниковый период была на 950 м больше, чем сегодня. Но Стейгу благодаря новым методам удалось сократить эту разницу до 200 м. А результаты недавней работы Джона Стоуна (John O. Stone) из Вашингтонского университета показывают, что первоначальные размеры ледникового покрова превышали современные не более чем в 2,5 раза.
В начале 2001 г. ученые с помощью более совершенных методов провели оценку перемещения выводных ледников Росса. Она подтвердила, что расход льда здесь компенсируется снегопадами, т.е. общего сокращения ледникового покрова не происходит. К концу 2001 г. большинство исследователей пришли к выводу, что выводные ледники Росса не вызывают сегодня истончения льда. Похоже, колебания накопления снега и скорости расхода льда на протяжении последнего тысячелетия уравновешивали друг друга. Значит, ледниковый покров – гораздо менее вероятный фактор внезапного повышения уровня моря, чем предполагалось ранее.
Чтобы лучше контролировать устойчивость ледникового щита, необходимо изучить природные силы, регулирующие перемещение льда в “руслах” ледяных потоков. Почему потоки останавливаются, возобновляют движение и изменяют его скорость? Оказывается, вода и слой осадков на морском дне управляют этими процессами в масштабах дней, месяцев и лет, но в масштабах тысячелетий главную роль играет глобальный климат. Полученная информация позволяет создать более надежные компьютерные модели для прогнозирования поведения выводных ледников в ближайшие столетия.
АХИЛЛЕСОВА ПЯТА ЗАПАДНОЙ АНТАРКТИДЫ
Новость, что опасность разрушения одной из областей западно-антарктического ледникового щита не велика, стала приятной неожиданностью.
Но подобная ситуация сложилась не во всех частях Западной Антарктиды. Данные, полученные со спутников, которые вели наблюдение за плохо изученным регионом, примыкающим к морю Амундсена, показали, что ледники в этом районе исчезают быстрее, чем первоначально предполагалось для выводных ледников Росса.
Изучив результаты миллионов промеров толщины льда, сделанных из космоса в 1980-90-е гг., Дункан Уингэм (Duncan Win-gham) из Лондонского университетского колледжа и Джей Зволли (Jay Zwally) из Центра космических полетов Годдарда NASA независимо друг от друга обнаружили, что части ледникового покрова, питающие ледники Пайн-Ай-ленд и Туэйтс, истончаются (последний со скоростью более 10 см в год). Это открытие согласуется с результатами исследования Эрика Райнота (Eric Rignot) из Лаборатории реактивного движения в Пасадине (Калифорния). С помощью радарной интерферометрии (метода, способного выявлять перемещение льда на расстояния в несколько миллиметров) он установил, что оба ледника высвобождают лед в море Амундсена с постоянно растущей скоростью и сокращаются в направлении к внутренней части континента. Их вклад в глобальное повышение уровня моря составляет 0,1-0,2 мм в год, что соответствует 10% общего объема. С такой скоростью ледники вынесут 30% всего ледникового покрова через 7,5-15 тыс. лет, а если разразится катастрофа, наподобие той, что ранее предсказывалась учеными для сектора Росса, то и гораздо раньше.
Гляциолога Теренса Хьюза (Terence J. Hughes) из Мэнского университета эти новости не удивляют. Он давно окрестил сектор Амундсена ахиллесовой пятой ледникового покрова Западной Антарктиды. В силу технических причин полевые исследования в этом регионе почти не ведутся. Поскольку ледники моря Амундсена обладают уникальными свойствами, информация, с таким трудом полученная учеными в секторе Росса, может оказаться попросту неприменимой к ним. Например, поверхность ледников наклонена к морю более круто, чем ледяные потоки. И поскольку они выбрасывают лед непосредственно в море, а не добавляют его к уже имеющемуся шельфовому леднику, есть предположение, что процесс разрушения затронул этот регион значительно сильнее, чем какую-либо другую часть Антарктиды.
НЕКОТОРЫЕ ПРОГНОЗЫ
Повсеместное повышение температур, связанное с глобальным потеплением, может распространиться в направлении Южного полюса с Антарктического полуострова, где с 1950-х гг. летняя температура воздуха уже выросла на 2°С. Даже ничтожное изменение температуры способно инициировать разрушение шельфовых ледников, находящихся сегодня в сравнительно устойчивом состоянии. Теплые океанические воды из более низких широт, смешиваясь с антарктической водой, вызывают более быстрое таяние донного края ледникового щита, чем считалось ранее, и одновременно сокращение количества льда в море Амундсена.
К счастью, ледниковый покров Западной Антарктиды располагает более действенной системой обратных связей (способных, например, на целые столетия остановить движение быстро перемещающихся выводных ледников), чем его доисторические “собратья” в Северной Америке или Европе. Их внезапное разрушение произошло в результате потепления климата всего на несколько градусов, что, однако, не вызвало распада большей части западноантарктического льда. Похоже, в модели Виртмана слишком упрощалась собственная динамика ледникового щита, которая до сих пор достаточно эффективно регулировала его размеры, чтобы исключить или предотвратить стремительную гибель ледникового покрова.
Учитывая полученную информацию, мы беремся (хотя и с большой осторожностью) утверждать, что размеры ледникового покрова по-прежнему будут сокращаться, но этот процесс займет многие тысячелетия. А в таком случае вклад Западной Антарктиды в глобальное повышение уровня моря может увеличиться вдвое по сравнению с историческим показателем, составляющим 2 мм в год. Это означает, что за счет разрушения ледникового щита уровень моря будет повышаться на 1 м только каждые 500 лет. Однако не следует забывать, что этот замечательный ледниковый щит заставляет ученых удивляться уже более 30 лет. Какие еще он готовит сюрпризы?
ПРОШЛОЕ, НАСТОЯЩЕЕ И БУДУЩЕЕ
Мощный щит антарктического льда начал сокращаться примерно 20 тыс. лет назад, с середины последнего ледникового периода. Сильнее всего он уменьшился в Западной Антарктиде, где ледниковый покров значительно тоньше, чем на востоке континента В последнее время западная часть щита изменяется очень быстро, но пока не ясно, связано ли это с природной переменчивостью региона или же с началом опасного процесса, ведущего к полному распаду ледника. В результате катастрофического разрушения льда уровень моря может стремительно подняться и прибрежные области на всей планете окажутся под водой.
ТЕЧЕНИЯ С ОСТАНОВКАМИ
Широкие ледяные потоки несутся к берегам Западной Антарктиды со скоростью нескольких сотен метров в год выбрасывая на шельфовые ледники более 400 куб км льда Если бы раскол льда не компенсировался снегопадами, потоки уничтожили бы весь ледниковый шит за 7 тыс лет или быстрее. Результаты последних исследований утешают – выводные ледники могут надолго останавливаться Остановка или возобновление движения зависит от того, сколько жидкости находится подо льдом когда воды много, поток движется быстро, когда мало – его движение замедляется.
Когда слой грязи подо льдом увлажняется ледяной поток начинает стремительное скольжение. Вода образуется, когда внутреннее тепло земли нагревает основание почти до такой же температуры что и температура в верхней части грязевого слоя. При этом тепло задерживается у основания льда и заставляет его таять. Затем вода просачивается в слой грязи, который делается мягким и легко расползается под тяжестью налегающего льда.
При недостатке воды ледяной поток внезапно останавливается. Во время быстрого движения лед истончается, и холод проникает в его более глубокие слои. Когда охлаждается лед примыкающий к грязевому слою, тепло земли все быстрее уходит к поверхности льда, не успевая скапливатся у его основания. В результате вода грязевого слоя замерзает, и он становится твердым и малоподвижным. Если грязевой слой не размягчает вода из расположенных выше по течению участков потока, ледник в конце концов останавливается.