西方南极冰盖到底有多接近临界点?

西方南极冰盖到底有多接近临界点?松岛冰川冰架裂谷。 图片来源:NASA图片收集/ Alamy图片。

在东西冰盖和半岛之间,南极洲拥有足够的冰,可以使全球海平面上升 约60m.

西南极冰盖(WAIS)相对较小,包含的冰量相当于 3.3 m 海平面上升。 但是,其中大多数都处于不稳定状态,被认为是“理论上不稳定“。

因此,通常认为WAIS如何响应人为变暖而发生变化。 最大的不确定性来源 用于长期海平面预测。

这种不确定性最紧迫的方面是了解是否已经超过了冰的不稳定阈值,我们现在正在测量的撤退是否注定要继续,以及今天看来不变的冰在将来是否会保持这种状态。

最新研究表明,WAIS不可逆转损失的阈值可能介于全球平均升温超过工业化前水平的1.5C和2C之间。 随着气候变暖 在1.1C附近巴黎协定 为了将升温限制在1.5C或“低于2C”,避免此阈值的裕度确实不错。

海洋冰盖

据最近 关于海洋和冰冻圈的特别报告 (SROCC)由 政府间气候变化专门委员会 (IPCC),对本世纪全球海平面将上升多少有两个主要控制措施:未来人为造成的温室气体排放以及变暖如何影响南极冰盖。 IPCC说:

“在2050年以后,由于排放情景和相关气候变化的不确定性以及南极冰盖在更温暖的世界中的响应,导致气候变化的SLR [海平面上升]的不确定性大大增加。”

对WAIS脆弱性的担忧主要在于所谓的“海洋冰盖失稳(MISI)–“海洋”,因为冰盖的底部低于海平面,“不稳定”,因为一旦冰盖开始,撤退就可以自我维持。

冰盖可以认为是巨大的淡水水库。 积雪在寒冷的内部积聚,慢慢地压缩成冰川冰,然后像浓稠的流体一样开始流向海洋。

在某些地方,冰到达海岸并漂浮在海面,形成 冰架。 搁在陆地表面(或在海洋冰原的情况下为海床)的冰之间的边界称为“接地线”。 接地线是冰盖中存储的水返回海洋的地方。 当它向海移动时,我们说冰盖具有正的“质量平衡”-也就是说,它获得的冰块多于失去的冰块。

但是当接地线后退时,平衡为负。 负冰盖平衡意味着对海洋,进而对全球海平面的正贡献。

不稳定性

您只需了解冰盖质量平衡的基本图片,即可了解冰川学家为何担心MISI。

接地线浮动侧的冰架发生变化(例如变薄)会导致接地侧的冰从海底升起。 随着冰的漂浮,接地线将后退。 由于冰在漂浮时流动的速度比在接地时流动的速度快,因此接地线附近的冰流量会增加。 由更快的流动引起的拉伸成为接地线附近变薄的新来源。

如下图所示。 随着新浮冰的流动和变薄更快,它可能导致更多的冰升起并漂浮,从而将接地线推回原位。

另外,处于MISI风险中的冰盖区域具有反向或“逆行”梯度,这意味着它会向内陆更深处发展。 随着接地线进一步向后退至冰层的较厚部分,流速加快,从而进一步增加了冰的流失。 反向梯度使该过程可以作为正反馈回路自我维持–这就是使MISI不稳定的原因。

海洋冰盖不稳定性或MISI的插图。 支撑冰架的变薄导致冰盖流加速和海洋终止的冰缘变薄。 由于冰盖下方的基岩向冰盖内部倾斜,因此,冰层变薄会导致接地线后退,随后向海冰通量增加,冰缘进一步变薄,并且接地线后退。 图片来源:IPCC SROCC(2019)图CB8.1a 海洋冰盖不稳定性或MISI的插图。 支撑冰架的变薄导致冰盖流加速和海洋终止的冰缘变薄。 由于冰盖下方的基岩向冰盖内部倾斜,因此,冰层变薄会导致接地线后退,随后向海冰通量增加,冰缘进一步变薄,并且接地线后退。 信用:IPCC SROCC(2019)图CB8.1a

目前尚不清楚MISI阈值是否已越过南极洲的任何地方。 我们确实知道接地线正在沿着阿蒙森海海岸线退缩-最引人注目的是 斯威特斯冰川。 撤退的动力似乎是相对温暖的海水-比历史平均温度高2C-流向接地线并导致比平常更强的融化。

气候危机小费2 22 1

如果不稳定尚未开始并且海洋变暖停止,则接地线应在新位置找到新的平衡点。 但是,如果它开始了,那么不管接下来发生什么,撤退都将继续。

流动更快

即使已经超过阈值(甚至将来会超过阈值),撤退也可以以不同的速度进行,具体取决于开始时我们对“推动”的努力程度。

这是这样的。 不稳定性取决于冰盖内力的平衡。 由于重力而产生的力使冰以部分取决于其厚度和表面斜率的速度流动。

浮力较大的融化速率和流经接地线的流动较快,融化速率将比较小的融化速率更快。 更快的下降会产生更陡峭的表面坡度,因此,更快的流动和更快的后退。

A 建模研究 在去年发布的反馈中,发现MISI以较大的推动力(较大的熔化速率)开始时,比以较小的推动力开始时进行得更快,即使去除了多余的熔化也是如此。

这意味着即使调用了MISI,减少全球排放量和减缓变暖也将有更多时间为后果做准备。

冰崖

海洋冰盖的第二个不稳定因素似乎是第二个原因,如果冰架完全丢失,这个因素就会发挥作用。

一些最壮观的冰川变化图像是冰山 产犊 换句话说,是从海洋终止的冰川的陡峭起伏的前沿折断。

产犊是由于冰架下面的融化以及“水力压裂” –在冰架表面形成的融水渗入冰中并引起破裂–或两者结合。

产卵的速度有多快取决于水线上方的冰崖面的高度–悬崖在水面上的高度越高,产卵率越大。

与MISI一样,WAIS下海底的坡度下降意味着随着冰崖撤退到更厚的冰中,它将继续向海洋暴露出越来越高的崖壁,产犊率必须增加。

如下所示,此过程称为“海洋冰崖不稳定性”(MICI)。 该理论表明,如果冰川面的高度超过海洋表面约100m,那么悬崖将太高而无法支撑其自身的重量。 因此,它不可避免地会塌陷,在它后面暴露出一个类似的高高的悬崖面,也将塌陷。 等等。

IPCC的SROCC说:“ Thwaites冰川特别重要,因为它延伸到WAIS的内部,那里的床层在某些地方比海平面低2000m以上”。 (尽管,SROCC还指出,尽管MISI要求发生逆行的床坡,但MICI甚至可能发生在平坦或向海倾斜的床上。)

最近发现的这一过程还没有像MISI那样得到充分研究,但是随着科学家继续观察快速变化的系统(如Thwaites冰川),这种情况肯定会在未来几年中发生改变。

海洋冰峭壁不稳定性的例证。 如果悬崖足够高(至少约800m的总冰厚,或水线以上约100m的冰),则悬崖表面的应力超过了冰的强度,并且悬崖在反复产犊事件中在结构上失效。 图片来源:IPCC SROCC(2019)图CB8.1b 海洋冰峭壁不稳定性的例证。 如果悬崖足够高(至少约800m的总冰厚,或水线以上约100m的冰),则悬崖表面的应力超过了冰的强度,并且悬崖在反复产犊事件中在结构上失效。 信用:IPCC SROCC(2019)图CB8.1b

A 自然 2016年关于MICI的研究得出结论,南极洲“到2100年海平面上升潜力超过一米,到15年海平面上升潜力超过2500米”。 最近的研究 结论认为这可能是高估了,但是指出,MICI在本世纪将扮演什么样的角色尚不清楚。 另一项研究 萨尔瓦多还提出,通过阻止冰川退回的冰架的缓慢流失,可以缓解通过MICI造成的快速冰流失。

门槛关闭

去年底, 大型建模师团队 评估了冰原对巴黎气候目标的不同研究,以使全球平均变暖保持在“远低于” 2C的水平。

所有模型都指向同一方向。 即,格陵兰冰原和WAIS中不可逆冰损失的阈值介于全球平均变暖1.5C到2C之间。 而且我们已经在 升温超过1C 现在。

该评论文件解释说,这个1.5-2C的窗口是“南极冰架生存”的关键,因此,它们对支撑的冰川具有“支撑”作用。

术语表:RCP2.6:RCP(代表性浓度途径)是未来温室气体和其他强迫物浓度的情景。 RCP2.6(有时也称为“ RCP3-PD”)是一种严格缓解的“高峰与衰落”方案。

作者补充说,另一个阈值可能在2C至2.7C之间。 达到这一全球温度升高水平可能会触发“多个较大系统的激活,例如Ross和Ronne-Filchner流域,并开始出现更大的SLR贡献”。 

罗斯(Ross)和罗恩·菲尔希纳(Ronne-Filchner)是南极洲最大的两个冰架。 可以在“ 100-300年内”大幅减少这些费用, 另一项研究中 说,在全球排放超过 RCP2.6方案。 通常认为此排放途径与将升温限制在2C是一致的。

这些发现表明,防止南极冰块大量流失取决于将全球排放量限制在RCP2.6或以下。 正如论文的结论所言:“跨越这些阈值意味着对巨大的冰盖变化和SLR的承诺,这可能需要数千年的时间才能完全实现,并且在更长的时间内是不可逆的。”

关于作者

新西兰奥塔哥大学国家测量学院地球物理学家Christina Hulbe教授。

这篇文章最初出现在 碳简介

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